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Cell子刊:給CAR-T細胞標記上成像示蹤劑,可在體內實時追蹤CAR-T細胞

生物谷BIOON/---在CAR-T細胞療法中,患者自身的T細胞經過基因改造后,被移植回患者體內以發現并殺死癌癥。這類免疫療法已引發了某些癌癥的治療變革,但是一旦CAR-T細胞進入患者體內,它們將去向何處?醫生如何知道它們已成功地達到了目的地,并且在數周、數月甚至數年后仍在繼續與疾病作斗爭?


在一項新的研究中,來自美國賓夕法尼亞大學的研究人員發現了一種追蹤體內CAR-T細胞的方法。他們對CAR-T細胞進行基因改造,使得它們攜帶分子標簽,這樣他們就能夠在動物模型中利用正電子發射斷層成像(PET)監測它們。相關研究結果近期發表在Molecular Therapy期刊上,論文標題為“Imaging CAR T Cell Trafficking with eDHFR as a PET Reporter Gene”。


圖片來自Molecular Therapy, 2019, doi:10.1016/j.ymthe.2019.10.007


論文共同通訊作者兼論文第一作者、賓夕法尼亞大學放射學系助理教授Mark Sellmyer博士說,“目前,了解體內基因或細胞療法仍然在體內存在的唯一方法是定期進行腫瘤活檢或抽血,這提供了對治療的非常粗略的測量。借助我們的技術,臨床醫生將能夠定量地觀察隨著時間的推移,CAR-T細胞在體內持續存在的數量和位置,這是這種療法的持久性和潛在功效的指標。對CAR-T細胞進行成像觀察也將允許人們在研究環境下更輕松地測試和修改針對許多不同類型疾病的療法。”


PET掃描通過使用放射性示蹤劑產生彩色的多維人體圖像,放射性示蹤劑通常是可以在腫瘤中積累或與特定蛋白結合以指示疾病存在的小分子,比如葡萄糖。比如,當將放射性示蹤劑氟脫氧葡萄糖(flourodeoxyglucose, FDG)注入體內時,癌細胞以比周圍細胞更高的速率攝入這種分子。照相機拍攝這些癌癥“熱點”的圖片,并在計算機上對它們進行重建,從而使臨床醫生可以看到疾病存在的地方。


但是,就細胞療法(比如CAR-T細胞療法)而言,這些治療性細胞看起來就像人體的正常免疫細胞,這就使得PET掃描無法區分這兩者。為了解決這個問題,這些研究人員選擇一種不是來自人類而是來自細菌的酶---大腸桿菌二氫葉酸還原酶(E. coli dihydrofolate reductase, eDHFR)---對CAR-T細胞進行基因改造。為了體現CAR-T細胞和正常免疫細胞之間的區別,他們構建出一種源自抗生素甲氧芐啶(trimethoprim)的放射性示蹤劑,它對eDHFR具有高親和力,而對人二氫葉酸還原酶則具有低親和力。


Sellmyer說:“這種親和力上的差異使得我們認為表達eDHFR的CAR-T細胞將具有高對比度或高信噪比。”


在這項新的研究中,CAR-T細胞經過基因改造后被標記上細菌蛋白eDHFR(稱為PET報告基因),然后被移植到小鼠模型中。在給這些小鼠注射甲氧芐啶后,CAR-T細胞亮了起來,這就使得這些研究人員可以通過PET/CT掃描實時追蹤它們。而且,鑒于這些CAR-T細胞攜帶的分子標簽是基因編碼的,因此一旦它們發生增殖,新產生的細胞也攜帶這種相同的PET成像標記。


針對這些動物模型的PET/CT圖像顯示在七天后,CAR-T細胞在脾臟中積聚,到十三天時,它們開始在抗原陽性腫瘤中積聚。Sellmyer說,這些發現表明CAR-T細胞可能存在早期和晚期“港口”,而且他們了解了很多關于它們在人體中的位置和數量的信息。這些研究人員還吃驚地發現,他們的放射性示蹤劑對于檢測腫瘤內的CAR-T細胞具有極高的靈敏度---每立方毫米11000個細胞。


Sellmyer說,“如果我們只能觀察到1000萬個細胞,那將不是很有用;即便只有10000個細胞,也想要能夠知道這些細胞仍然在那里存在。我們能夠達到的定量成像水平顯示了這是一種多么有用的工具。”


這些研究人員計劃最終在人類患者的臨床試驗中測試這種配對的報告基因和放射性示蹤劑。 Sellmyer指出,初步研究表明這種細菌蛋白標簽似乎并未讓CAR-T細胞具有免疫原性,這意味著人體免疫細胞不會將CAR-T細胞識別為外來入侵者,也就不會攻擊它們。


他說:“對未來的希望是許多基因或細胞療法,比如CAR-T細胞療法,都將在體內進行標記和追蹤。”(生物谷 Bioon.com)


參考資料:1.Mark A. Sellmyer et al. Imaging CAR T Cell Trafficking with eDHFR as a PET Reporter Gene. Molecular Therapy, 2019, doi:10.1016/j.ymthe.2019.10.007.
2.To monitor cancer therapy, researchers tag CAR T cells with imaging markers
https://medicalxpress.com/news/2019-11-cancer-therapy-tag-car-cells.html

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