Nano Lett：研究发现递送mRNA可降低CAR-T细胞疗法的毒副作用
新的癌症免疫疗法涉及提取患者的T细胞并对它们进行基因改造，这样它们就能够识别并攻击肿瘤。这项技术是一项真正的医学突破。自从2017年CAR-T细胞疗法获得美国食品药物管理局（FDA）批准以来，越来越多的白血病患者和淋巴瘤患者经历了完全的病情缓解。这种疗法并非没有挑战。对患者的T细胞进行基因改造既费力又昂贵。即便治疗取得成功，免疫系统的改变会在短时间内让患者身患重病，并伴有发烧、恶心和神经系统症状。
如今，在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学的研究人员发现一种对T细胞毒性更小的新工程技术可以通过一种不同的机制来改变它们识别癌症的方式。利用使用这种机制的T细胞进行治疗可能给患者带来更少的副作用。相关研究结果于2020年1月17日在线发表在期刊上，论文标题为“Ionizable Lipid Nanoparticle Mediated mRNA Delivery for Human CAR T Cell Engineering”。论文通讯作者为宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院生物工程系希尔卡尼克创新助理教授Michael Mitchell博士。论文第一作者为Mitchell实验室研究生Margaret Billingsley。
图片来自Nano Letters, 2020, doi:10.1021/acs.nanolett.9b04246。
这种新工程技术涉及利用基于脂质的纳米颗粒跨过T细胞的细胞膜来递送信使RNA（mRNA），而不是使用经过基因修饰的病毒来重写T细胞的DNA。使用前一种方法将是更可取的，这是因为它只会暂时改变患者的免疫系统，但是目前让mRNA穿过细胞膜的标准方法（即电穿孔）可能会产生太大毒性，以致无法从患者体内获得所需数量的T细胞。
Mitchell、Billingsley与CAR-T细胞疗法的先驱之一的宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院帕克癌症免疫疗法研究所所长Carl June进行了合作。
CAR-T细胞疗法涉及对从患者体内提取出的T细胞进行基因改造，使得在它们的表面上表达嵌合抗原受体（CAR）。所表达的CAR允许这些T细胞将癌细胞识别为外来入侵者，并将这些癌细胞从体内清除。当前的工程技术涉及从患者体内提取出一些数量的T细胞，用病毒重写它们的DNA，以便它们表达这些CAR，然后将它们注入相同的患者体内。
Billingsley说，“这种病毒基因工程方法产生永久性表达CAR的T细胞，但这会导致严重的不良反应，这是因为即使消灭癌细胞后，CAR-T细胞仍然在患者体内保持活跃。然而，利用mRNA可以产生瞬时表达CAR的CAR-T细胞。这可以使得临床医生以靶向癌细胞的剂量给予CAR-T细胞，同时在这一过程中又不会伤害很多健康细胞，从而减轻副作用。”
鉴于将mRNA导入T细胞的方法尚未获得临床应用，这种方法的使用仍然受到限制。作为当前的标准方法，电穿孔涉及用电脉冲在细胞膜上打孔，它并不是一种有吸引力的选择，这是因为这种高度侵入性的过程具有较高的杀死T细胞或影响它们的功能的风险。即便经过优化，电穿孔通常也在细胞制造过程中导致50％的细胞死亡。
考虑到与从患者那里获取CAR-T细胞相关的成本、难度和风险，在电穿孔技术成为利用病毒对宿主细胞DNA进行基因改造方法的可行替代方案之前，需要一种毒性更小的导入mRNA的方法。
因此，Mitchell、Billingsley和他们的同事们着手寻找一种合适的递送平台，以使足够数量的mRNA偷偷溜过T细胞的细胞膜，从而产生所需的CAR受体蛋白。
但是，由于T细胞不容易从它们的环境中摄取物质，因此找到适合这种应用的合适纳米颗粒是一项挑战。此外，至关重要的是，这种递送平台必须具有高效递送和低细胞毒性---一种罕见的性能组合。
Mitchell说，“将治疗性的mRNA递送到T细胞中时，你始终需要在效力与毒副作用之间取得平衡。我们的实验室设计出可电离的脂质纳米颗粒，它们可以安全地穿过细胞膜，但是在需要释放治疗性mRNA时才专门释放这些mRNA。我们认为这是一种巨大的益处，这是因为作为当前的临床标准方法，电穿孔可杀死源自患者的大部分T细胞。”
他说，“此外，我们设想作为一种将治疗性mRNA递送到T细胞中的平台技术，我们可以快速地让这些mRNA表达不同的CAR或者其他的治疗性受体，所要做的仅是改变mRNA序列，因此，这种平台技术具有一系列治疗性应用。”
在体外实验中，这些研究人员发现通过他们的纳米颗粒表达CAR的T细胞在杀死癌细胞方面与目前临床使用的经过病毒基因改造的CAR-T细胞一样有效。 接下来的研究计划包括对这种递送平台的影响进行体内研究，以确定CAR瞬时表达对治疗功效和副作用的影响。
June说，“鉴于RNA治疗的工具箱越来越多，通过纳米颗粒递送RNA在T细胞工程中具有广泛的应用，包括对T细胞的DNA进行基因编辑和对它们的蛋白表达进行调节。”
