Nature子刊 | 神奇金属薄膜，送CAR-T细胞直达实体瘤

自2017年两款CAR-T疗法获批用于血液肿瘤至今，CAR-T疗法对实体瘤的治疗仍束手无策。这主要是因为实体肿瘤（包括乳腺癌、卵巢癌和胰腺癌等）有多种策略来躲避和对抗癌细胞杀伤免疫细胞，经静脉注射的CAR-T细胞既不能进入肿瘤，也难以在肿瘤病灶形成的不利微环境中生存。

那么，如果让CAR-T细胞直接“空降”至肿瘤周围呢？

12月9日，Fred Hutchinson 癌症研究中心的科学家在 Nature Biomedical Engineering 杂志上发表的研究成果首次表明，在卵巢癌小鼠临床前模型中，一块装载抗癌免疫细胞的金属薄膜不仅能让肿瘤组织中的CAR-T细胞密度与传统静脉注射相比增加232倍，还可以让70%小鼠肿瘤完全消失[1]。

图片来源：Nature Biomedical Engineering [1]

领导该研究的 Matthias T. Stephan 博士表示：“抗肿瘤细胞疗法在治疗血癌方面取得了巨大成功，但在实体肿瘤方面效果不佳。我们的发现向细胞疗法有效对抗实体瘤迈出了重要一步。除了尽量减少患者的副作用外，我们的最终目标是使T细胞疗法更快、更便宜、更容易为患者提供治疗。”

Matthias T. Stephan博士（图片来源：Fred Hutchinson 癌症研究中心）

为了实现这一目标，Stephan团队研究了“空降”CAR-T细胞的方法。事实上，关于这一想法，已有其他研究团队尝试过，例如将CAR-T细胞植入水凝胶、纤维蛋白基质、细胞外基质成分或电纺聚合物制成的支架中，然后直接植入肿瘤周围，然而这些方法都不成功[2−5]。

Stephan团队则选择了一种用于修复骨折、矫正牙齿和防止动脉阻塞的金属——镍钛制成的薄膜，这种几近半透明的金属薄膜由Monarch Biosciences公司制作，可以安全地植入人体内，其厚度为10微米，大约比人的头发细7倍。

在显微镜下观察，该膜有极小的空间，可以被设计成不同的图案结构。Stephan和他的同事们表示：“我们需要找到一种适合T细胞的薄膜图案结构。这种图案结构空间需要足够小，保证细胞不会落入缝隙之间，但也不要太小，这样会使T细胞感到太拥挤而无法移动。”

经过筛选，他们发现一个类似迷宫自上而下视图的直线图案结构最适合装载T细胞。研究人员在这种薄膜中植入了被编辑靶向卵巢癌细胞标志物ROR1的CAR-T细胞，将这些细胞置于膜的两侧，它们就会被吸收到材料中。“这就像两边都涂上果酱的面包片。金属膜就是面包，我们把CAR-T细胞放在面包的两边，然后它们浸透到面包中间。”Stephan解释道。

图片来源：Nature Biomedical Engineering [1]

考虑到实验的目标不仅是提供抗肿瘤T细胞，而且还要在植入部位触发它们的快速扩增，研究人员在金属薄膜上覆上了纤维蛋白涂层，并添加了T细胞扩增激活剂：CD3、CD28和CD137。

Stephan说：“这不仅仅是一个被动的递送装置，还是一个释放平台，可以触发CAR-T细胞的扩增，从而克服肿瘤对免疫细胞的防御。”

准备好“武器”后，研究人员在不可切除卵巢癌小鼠模型上进行测试。将载有CAR-T细胞的镍钛薄膜植入肿瘤，薄膜很容易处理并定位在肿瘤病灶上。一旦定位，植入物促进嵌入的抗癌淋巴细胞快速扩增，使得肿瘤组织中CAR-T细胞密度比传统的静脉注射T细胞高232倍。

此外，70%接受治疗小鼠的肿瘤被完全清除，平均存活时间达80天，比未治疗对照组提高2.7倍。实验过程中，这种金属薄膜安全可靠，周围的组织或器官也没有出现坏死。

图片来源：Nature Biomedical Engineering [1]

在此基础上，研究人员还开发了一种三维装置。自膨式肿瘤支架常用作缓解气道、胃肠道或尿道恶性梗阻的姑息措施，研究人员假设浸有CAR-T细胞的管状金属薄膜在防止管腔阻塞的同时，可以将抗肿瘤T细胞释放到肿瘤中，从而诱导疾病消退。

这一设想通过一种三维胰腺肿瘤体外实验得到证实：使用装载肿瘤特异性CAR-T细胞的功能性支架确实可以防止肿瘤生长造成的闭塞，表明这种方法可用于导致呼吸道或消化系统阻塞的癌症，如肺癌、胰腺癌或食管癌。

图片来源：Nature Biomedical Engineering [1]

最后，Stephan提出了展望：在目前的实验中，我们关注的是CAR-T细胞，但我可以预见这种方法与T细胞受体疗法、自然杀伤细胞以及其他靶向癌症的免疫细胞的协同工作。

总结来说，这项研究证实生物相容性良好的镍钛薄膜与抗肿瘤免疫细胞结合能有效消除无法手术切除的实体瘤。虽然这项技术转化为临床应用还需要经过进一步实验研究，但其应用前景良好，值得期待。

小结

领域：癌症

杂志：Nature Biomedical Engineering

亮点：Fred Hutchinson 癌症研究中心的科学家设计了一种生物相容性良好的多孔网状镍钛薄膜，可高效装载CAR-T细胞，并能在植入部位触发它们快速扩增。在卵巢癌临床前模型中，这种技术能有效消除小鼠肿瘤、延长其生存期。此外，在此基础上开发的管状金属薄膜适用于导致呼吸道或消化系统阻塞的癌症。

相关论文：

[1] Michael E.Coon, et al. Nitinol thin films functionalized with CAR-T cells for the treatment of solid tumours. Nat. Biomed. Eng. (2019).

[2] Oliveira, J. M. et al. Hydrogel-based scaffolds to support intrathecal stem cell transplantation as a gateway to the spinal cord: clinical needs, biomaterials, and imaging technologies. NPJ Regen. Med. (2018).

[3] Osama, I. et al. In vitro studies on space-conforming self-assembling silk hydrogels as a mesenchymal stem cell-support matrix suitable for minimally invasive brain application. Sci. Rep. (2018).

[4] Snyder, T. N. et al. A fibrin/hyaluronic acidhydrogel for the delivery of mesenchymal stem cells and potential for articular cartilage repair. J. Biol. Eng. (2014).

[5] Machula, H. et al. Electrospun tropoelastin fordelivery of therapeutic adipose-derived stem cells to full-thickness dermal wounds. Adv. Wound Care (2014).

参考资料：

1# Scientists show thin metal mesh loaded with T cells shrinks solid tumors

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