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​Science亮点 | 利用LNP技术在体制造的瞬时CAR T如何修补“受伤的心脏”?
2022-01-08

纤维化影响着数以百万计的心脏病患者,但目前抗纤维化疗法旨在限制纤维化进展,而并非在形成初始就对其进行重塑。为此,已有研究报道特异性消除活化成纤维细胞的嵌合抗原受体 (chimeric antigen receptor, CAR) T细胞可以作为心力衰竭的治疗方法【1】,但问题就在于CAR T细胞在体内的持久生命力。成纤维细胞活化是许多组织中正常伤口愈合过程的一部分,而持久的抗纤维化CAR T 细胞可能会在个体未来受伤的情况下构成风险,因而需要开发一种瞬时发挥抗纤维化作用的疗法。

 

脂质纳米粒子 (lipid nanoparticles, LNP-mRNA技术是最近COVID-19疫苗开发取得成功的基础【2, 3】,一旦进入体内,在没有任何特定靶向策略的情况下,载有mRNA的LNP会被各种细胞类型内吞【4, 5】。在细胞摄取后不久,mRNA逃逸出内体,将 mRNA释放到细胞质中并在降解之前被瞬时转录【6】。基于此,靶向抗体则可以修饰在LNP的表面,以指导特定细胞类型的摄取【7, 8】

 

2022年1月7日,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的Jonathan A. Epstein团队等多个团队在Science杂志上合作发表了一篇题为 CAR T cells produced in vivo to treat cardiac injury 的文章,他们将携带编码成纤维细胞活化蛋白(FAP)CAR的mRNA包装在CD5靶向LNP中,将其注射到心力衰竭小鼠模型中,从而产生能够消融病理性激活的成纤维细胞并减轻心脏纤维化的瞬时有效的CAR T细胞群。因此,这种方法在解决FAP靶向CAR T细胞长期存在可能会带来的安全风险,及其瞬时性质对毒性的限制和精确的靶向性方面具有强大优势。

 

 

为了验证这种方法的可行性,研究人员将含有编码FAP CAR的mRNA的CD5/LNP与新鲜分离的、活化鼠T细胞在体外孵育48小时后,观察到83%的细胞表达FAP CAR,且这些LNP产生的CAR T细胞能够在体外以剂量依赖性方式有效杀死表达FAP的靶细胞。随后,研究人员观察到静脉注射含荧光素酶mRNA的CD5/LNP小鼠T细胞表现出高表达的荧光素酶活性,说明这种方法同样可以在体内有效完成T细胞的重编程。

 

CAR T细胞疗法与称为“胞啃作用(trogocytosis)”的过程有关,即淋巴细胞通过免疫突触从抗原呈递细胞中提取表面分子【9】。为了验证体内基于CD5/LNP产生的以及过继转移的离体逆转录病毒工程化的FAP CAR T细胞均依赖于这一过程,研究人员在体外FAP CAR T细胞与过表达FAP-RFP的HEK293T细胞混合,并用实时成像共聚焦显微镜进行观察,发现FAP CAR T细胞在40 min和85 min形成免疫突触,从HEK293T细胞吞噬FAP-RFP(图1B)。此外,接受过继转移病毒转导的FAP CAR T细胞的纤维化模型小鼠的脾脏白髓有广泛的FAP染色,而对照组未出现这种情况。

 

图1. FAP CAR T细胞对活化成纤维细胞的FAP进行“胞啃作用”示意图(A);实时成像共聚焦显微镜拍摄的胞啃过程图像(B)。

 

接下来,研究人员评估了CD5/LNP-FAPCAR治疗是否能够改善受伤小鼠的心脏功能。在纤维化发生一周后静脉注射LNP,并于两周后通过超声心动图分析。可以发现用CD5/LNP-FAPCAR治疗的小鼠表现出正常化的左心室舒张末期和收缩末期容积, 舒张功能恢复到未受伤的水平,射血分数和整体纵向应变指标提示左心室收缩功能得到显着改善。相比之下,注射非靶向的IgG/LNP-FAPCAR则不会引起上述改变。

 

总的来说,这项研究提出除SARS-CoV-2疫苗开发之外,修饰的mRNA疗法具有更加广阔的应用场景。除了瞬时性质对毒性的限制、规避淋巴耗竭带来的风险外,靶向LNP/mRNA技术还提供了根据需要滴定剂量和重新给药的能力。未来的研究将需要优化给药策略、LNP组成和靶向方法,以进一步增强治疗效果并限制潜在的毒性。

 

图2. 瞬时工程化T细胞的体内生成示意图

 

针对这项研究,来自加州大学洛杉矶分校的Torahito A. GaoYvonne Y. Chen在同期杂志上发表了题为 T cells to fix a broken heart 观点文章。他们提出Rurik等人的研究在满足致病性成纤维细胞对CAR T细胞活性需求的同时,最大限度减少长期安全风险,为瞬时CAR T细胞的应用提供了基本原理,证明了CAR T细胞疗法在肿瘤学应用之外的适用性。他们认为mRNA-LNP平台的一个潜在优势是能够灵活地用抗体修饰LNP以提高目标特异性,且更容易生产临床级试剂。此外,无病毒的体内CAR T细胞制造方法消除了由慢病毒或逆转录病毒整合介导的意外宿主基因组改变的风险以及在过继转移前进行淋巴清除化疗的需要,从而消除了通常与CAR T细胞疗法相关的相当大的毒性来源。其他纤维化疾病或相关疾病,例如FAP+成纤维细胞的慢性炎症性疾病,也可能受益于这种方法。总的来说,这项工作代表了将个性化免疫疗法转化为“亲民”免疫疗法的令人兴奋的一步。

 

原文链接:

http://doi.org/10.1126/science.abm0594

 

制版人:十一

 

 

参考文献

 

1. H. Aghajanian et al., Nature 573, 430–433 (2019).

2. N. Pardi, M. J. Hogan, F. W. Porter, D. Weissman, Nat. Rev. Drug Discov. 17, 261–279 (2018).

3. F. Rizvi et al., Nat. Commun. 12, 613 (2021).

4. N. Pardi et al., J. Control. Release 217, 345–351 (2015).

5. A. Akinc et al., Mol. Ther. 18, 1357–1364 (2010).

6. D. Weissman, Expert Rev. Vaccines 14, 265–281 (2015).

7. H. Parhiz et al., J. Control. Release 291, 106–115 (2018).

8. I. Tombácz et al., Mol. Ther. 29, 3293–3304 (2021).

9. M. Hamieh et al., Nature 568, 112–116 (2019).

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