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用于CAR-T转染的材料——前言

迈安纳

2022/02/16 16:24

阅读:23

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a. CAR-T疗法相关出版物的数量以指数增长


嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法使用基因工程改造的T细胞识别和结合肿瘤相关抗原,如CD19和表皮生长因子受体(EGFR),释放细胞毒性颗粒和效应细胞因子杀伤肿瘤细胞。CAR-T疗法在表达CD19B细胞恶性白血病上取得了巨大的成功,5种产品(来自诺华的Kymriah,凯特和吉利德的YescartaTecartus,百时美施贵宝的BreyanziAbecma)已经被FDA批准用于临床。目前,ClinicalTrials.gov网站上至少有500项临床试验是关于基因工程改造的免疫细胞用于癌症的治疗。




尽管在B淋巴细胞白血病方面取得了巨大进展,CAR-T疗法在大生产、安全性和经济可负担方面仍然面临巨大的挑战。技术困难之一是胞内递送寡核苷酸蛋白等生物分子进入细胞转染敏感的原代T细胞FDA批准的金标准是使用病毒载体电穿孔,但这些方法转染效率低,可能会干扰细胞增殖、代谢和基因表达。新型的技术,如微流控技术、纳米粒、高比表面积的纳米结构可以克服这些挑战,并且可以提供通用的和高通量的递送策略。这篇文章讨论了传统和新型的用于免疫细胞转染材料的优缺点,和商业化发展。为了增强转染技术的表征和临床应用,一系列体内外实验和相关的操作方法被推荐。本文旨在促进发展新型材料用于临床CAR-T细胞的大生产。




b. CAR-T疗法的大生产过程

嵌合抗原受体免疫细胞的转染和大生产



CAR-T细胞生产流程:


第一步:白细胞分离,将白细胞和其他血细胞分开。

第二步,T细胞分离,将具有特定生物标志物的T细胞亚群,如CD4+(辅助T细胞)CD8+(细胞毒T细胞)CD25+(调节T细胞)从外周血单核细胞(PBMCs)中分离出来。

第三步,T细胞激活,使用细胞因子IL-2刺激,并使用包被了CD3/CD28抗体的磁珠(磁珠在此处充当人工合成的抗原提呈细胞)激活T细胞。

第四步,基因编辑,使用病毒,电穿孔或新型的技术,如微流控技术、纳米粒、高比表面积的纳米结构转染细胞。

第五步,T细胞扩增,在生物反应器中培养被转染的细胞2-3周获得107-9个细胞。

第六步,T细胞冷冻。

第七步,注射给药。



除了CAR-T细胞,过继性免疫细胞疗法如,树突状细胞(DCs),巨噬细胞和自然杀伤细胞(NK)在临床也取得了进展。其中一种方式是使用肿瘤浸润淋巴细胞(TILs。通常癌症病人体内的肿瘤反应性免疫细胞数量不足,TIL疗法从癌症病人体内分离肿瘤反应性免疫细胞,体外扩增,再回输到患者体内,增强抗肿瘤免疫活性。之前的研究使用TILs配合标准的淋巴消耗调理和细胞因子治疗在免疫抑制环境最小的患者中取得了较好的临床效果。TIL疗法对黑色素瘤之外的肿瘤疗效有限,并且会造成脱靶效应(正常细胞也表达相应的抗原)。此外,增强的细胞因子风暴肿瘤的免疫抑制环境也制约着TIL在临床中的应用。


NK细胞由于其固有的抗肿瘤免疫活性而成为基于细胞的癌症免疫治疗的一个有吸引力的选择。NK细胞的过继性转移可以不依赖主要组织相容性复合体(MHC)提呈和肿瘤抗原限制而作用于肿瘤细胞FDA批准NK-92细胞进行临床试验,促进了对NK细胞体外扩增的临床效益的测验。虽然基于NK细胞疗法的临床前试验和I期临床试验被认为更安全(副作用最小,免疫排斥更少),但它们的临床效果和更短的细胞寿命致使广泛的临床应用受到质疑。CAR-NK细胞能改善NK细胞的持久性和在体内的抗肿瘤活性和功能。另外,NK细胞可以产生多种细胞因子,如白介素(IL-3,干扰素IFN-γ,粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子,这些细胞因子的毒性更低,同时诱导细胞因子风暴的几率也更低。一项针对复发或难治性的非霍奇金淋巴瘤和慢性淋巴细胞白血病的I/II期临床试验显示,表达抗CD-19CAR-NKs能够在64%的患者体内诱导完全的免疫反应。然而,难以体内扩增,长期监测的免疫记忆的可编程性,NK细胞的持久性和在实体瘤内的浸润,仍制约着CAR-NK疗法的发展。


抗原提呈细胞如DCs和巨噬细胞在改造T细胞成为抗原特异性T细胞的过程中至关重要。DC细胞疗法使用肿瘤特异性抗原离体激活DCs细胞,进而激活T细胞杀伤特定的肿瘤。使用离体工程化的DCs辅以细胞因子疗法可以适时地激发免疫反应移除肿瘤。同时研究发现CAR-DCsCAR-T的联合使用相比单一疗法可以增强T细胞的细胞毒性,增加细胞因子的表达水平。通过腺病毒转染产生的嵌合抗原受体-巨噬细胞可以诱导抗原特异性的吞噬作用,趋化因子和细胞因子的分泌,促进移植瘤小鼠中肿瘤的消除。Batu BiologicsCarisma Therapeutics分别研发了CAR-DCsCAR-巨噬细胞。







转染表现很大程度上取决于转运货物跨过细胞膜和进入细胞内目标位点的效果。转染过程可以分为4步。第一步是准备用于递送的药物,如寡核苷酸和蛋白。药物的准备方法根据转染方法的不同而不同。基于病毒载体的转染使用病毒包衣包裹核酸,基于纳米粒子和聚合物应用带正电荷的包衣/载体促进与带负电荷的细胞膜之间的相互作用。物理学方法如微流控技术,电穿孔不需要任何特别的准备,此时裸露的药物自由地悬浮在溶液中。第二步是药物的跨膜转运。病毒载体基于病毒感染的机制使用直接注射或膜融合递送药物入胞。纳米粒介导的转染通过药物与细胞膜之间的静电结合或共价结合促进药物的内吞。在磁转染中,外部磁场促进药物的入胞。物理转染方法包括电穿孔和纳米结构通过控制电流和磁力在细胞膜上暂时开孔以递送药物。第三步是药物在细胞内的释放。聚合物和纳米粒子可以设计含有刺激敏感的化学键,在暴露于酸性的溶酶体环境,或外部磁场,光线,超声的激发下,药物响应释放。其他的作用机制,如基因组或线粒体整合需要药物运送到不同的细胞器区域。但mRNAsiRNA可以忽略这一步骤,它们在细胞内释放后,在细胞质中就可以发挥作用。



文献来源:Kumar, A. R. K., Shou, Y., Chan, B., K., , Tay, A., Materials for Improving Immune Cell Transfection. Adv. Mater. 2021, 33, 2007421. https://doi.org/10.1002/adma.202007421


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