自2017年FDA首次批準以來，被稱為CAR-T療法的嵌合抗原受體（CAR）T細胞已經(jīng)改變了被診斷為血液惡性腫瘤患者的治療格局。細胞治療產(chǎn)品分為自體細胞和異體細胞兩類。自體細胞是直接從病人自身的細胞中提取的。雖然自體CAR-T細胞減少了免疫排斥的風險，但它需要一個苛刻和漫長的制造過程。除此之外，它也極度依賴病人T細胞的功能適配性，而這種功能適配性往往因疾病或以前的治療方法而降低。為此，凱特（吉利德科學旗下公司）1、CAR-T 之父Carl June以及耶魯大學生物醫(yī)學工程系的樊榮教授團隊2各自利用PhenomeX單細胞蛋白質組學技術在細胞治療前，監(jiān)測細胞多功能強度3來預測細胞治療療效和不良反應如細胞因子風暴4，并證明它是評估CAR-T產(chǎn)品功能的有力工具。
盡管如此，研究人員仍在努力完善這些療法，以減少不良反應和提高療效。這包括利用異體免疫細胞制成“現(xiàn)成的”CAR-T產(chǎn)品為潛在的一種替代方案?，F(xiàn)成異體CAR-T從健康捐贈者的細胞開始，不但可以減輕病人的負擔，減少治療延誤，也可以被進行多種修改和CAR組合，以針對多種腫瘤抗原，避免腫瘤逃逸。雖然有希望，但這種方法確實困難重重，包括較高的排斥風險和缺乏經(jīng)批準的治療方法。為了優(yōu)化CAR-T產(chǎn)品并降低排斥反應的風險，科學家研究了幾種不同的方法。傳統(tǒng)的基因組編輯技術使用誘導雙鏈斷裂（DSB）的核酸酶，可能產(chǎn)生潛在的難以預測的編輯效果，而且可能存在脫靶效應。較新的基因組編輯技術利用了胞嘧啶堿基編輯器（CBE），它可以產(chǎn)生點突變并抑制堿基切除修復，從而使基因組編輯更加精確。雖然這種技術很有前景，但CBE在細胞治療領域的使用仍然是全新的，在用于細胞治療之前必須經(jīng)過臨床驗證。此時，研究人員可以利用已被證明是評估CAR-T產(chǎn)品功能的有力工具——單細胞蛋白質組學來評估細胞療法中CBE的效果。
在最近發(fā)表在《Blood》上的一項研究5中，研究人員測試了CBE創(chuàng)建用于治療復發(fā)/難治性T細胞急性淋巴細胞白血?。╮/r T-ALL）的異體CAR-T產(chǎn)品的效用。這種類型的白血病很難治療，因為它對化療反應不佳，而自體CAR-T產(chǎn)品可能已經(jīng)受到癌細胞的影響。在這項研究中，研究人員利用CBE開發(fā)了一種首例針對CD7（一種與T-ALL相關的細胞表面受體）的四倍堿基編輯的異體CAR-T。
由于PD1信號是抑制性的，并會削弱了T細胞的活性，于是作者首先探討了抑制PD1的表達是否能改善細胞功能。利用來自兩個捐贈者的細胞，研究人員創(chuàng)建了7CAR8，一種四重編輯的CAR-T，分別有和沒有PD1表達，并在24孔板中用重組人CD7蛋白包板，培養(yǎng)7CAR8細胞。接下來他們使用PhenomeX的單細胞分泌組平臺來評估工程細胞的功能表型。研究人員發(fā)現(xiàn)，PD1基因敲除增加了一個供體中7CAR8細胞的多功能性，即一個細胞同時分泌兩種或以上的細胞因子的能力。但是另一個供體卻沒有。由于多功能性先前已被證明與臨床結果和CAR-T效力有關，研究人員決定將PDCD1抑制編輯納入隨后的7CAR8產(chǎn)品進行體內測試。進一步的實驗表明，7CAR8細胞具有抗腫瘤作用，并顯著提高了T-ALL小鼠模型的生存率。
除了創(chuàng)建可以針對各種腫瘤抗原的安全的異體免疫細胞，每個病人對T細胞的高劑量需求和病人數(shù)量的增加導致了臨床對大量異體T細胞的需求。因此，我們需要在擴大制造規(guī)模的同時也保持細胞質量。在發(fā)表于《Frontiers in Medical Technology》的文獻里，Lonza利用PhenomeX的技術評估在攪拌罐生物反應器中擴增后的T細胞功能狀態(tài)6。他們通過IsoLight平臺和IsoCode單細胞多重因子芯片分析了CD4和CD8T細胞的單細胞功能譜--效應型（顆粒酶B、IFN-g、MIP-1a、Perforin、TNF-a、TNF-b），刺激性（GM-CSF、IL-2、IL-5、IL-7、IL-8、IL-9、IL-12、IL-15和IL-21），調節(jié)性（IL-4、IL-10、IL-13、IL-22、TGF-b1，sCD137和sCD40L），趨化性或趨化因子（CCL-11、IP-10、MIP-1b，和RANTES）和炎癥性（IL-1b、IL-6、IL-17A、IL-17F、MCP-1和MCP-4）因子組。然后用IsoSpeak軟件自動將多功能細胞在細胞群體中的占比和他們分泌的每種功能蛋白因子的平均熒光強度加權相乘，計算出細胞多功能強度指數(shù)（PSI）。多功能的T細胞能夠在抗原的刺激下產(chǎn)生2種或以上的細胞因子，并被認為是重要的功能特征。
PSI=多功能細胞% × 分泌蛋白的信號強度
在擴增的第14天，T細胞在受到刺激后顯示出更多的功能，特別是分泌5+細胞因子的細胞。CD4和CD8 T細胞在擴增后都表現(xiàn)出效應性PSI的增加。研究人員也觀察到刺激性PSI的增加，特別是CD8 T細胞。與第0天的細胞相比，第14天的T細胞還分泌了更多種類的細胞因子。
PhenomeX 單細胞蛋白質組學平臺
PhenomeX的全自動、端到端解決方案進行的單細胞分析，可提供對包括CAR-T等免疫細胞產(chǎn)品的功能和效力的獨特見解。單細胞多功能表型可以幫助優(yōu)化免疫細胞產(chǎn)品的設計和品質控制。同時在臨床試驗前評估細胞功能讓研究人員獲得了寶貴的見解，幫助制定其早期細胞療法的發(fā)展戰(zhàn)略。
參考文獻
- Rossi, John et al. “Preinfusion polyfunctional anti-CD19 chimeric antigen receptor T cells are associated with clinical outcomes in NHL.” Blood vol. 132,8 (2018)
- Bai, Zhiliang et al. “Single-cell antigen-specific landscape of CAR T infusion product identifies determinants of CD19-positive relapse in patients with ALL.” Science advances vol. 8,23 (2022)
- 淺談細胞多功能強度指數(shù)—PSI的前世今生 https://zhuanlan.zhihu.com/p/575887245
- Zurko, Joanna C et al. “Bispecific targeting of CD20 and CD19 increases polyfunctionality of chimeric antigen receptor T-cell products in B-cell malignancies.” Cytotherapy vol. 24,8 (2022)
- Diorio, Caroline et al. “Cytosine base editing enables quadruple-edited allogeneic CART cells for T-ALL.” Blood vol. 140,6 (2022)
- Gatla, Himavanth et al. “Enabling Allogeneic T Cell-Based Therapies: Scalable Stirred-Tank Bioreactor Mediated Manufacturing.” Frontiers in medical technology vol. 4 (2022)
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PhenomeX（NASDAQ: CELL）致力于助力科學家充分探索每個細胞的潛能，推動功能細胞生物學邁向新紀元，以促進人類健康發(fā)展。我們?yōu)榭茖W家提供揭示細胞功能的完整見解，使其全面了解每個細胞的深度功能表征。我們經(jīng)過驗證的獨特高通量工具和服務提供了無與倫比的解決方案，加速了多功能細胞研究發(fā)展，成為改善疾病預防和治療的關鍵。我們屢獲殊榮的平臺已獲得全球各地研究人員的高度認可，包括全球前15家制藥公司的研究人員，以及約85%的美國**綜合性癌癥中心的科研人員。
PhenomeX家族的單細胞功能表征平臺（原Berkeley Lights）Beacon?基于其特有的光電定位技術 (OptoElectro Positioning, OEP?) 為廣大科學家提供了先進的研究手段，對數(shù)以萬計單細胞的基因信息、功能等進行深入表征，以篩選出滿足用戶需求的目的細胞。Beacon?應用場景涵蓋抗體發(fā)現(xiàn)、細胞株開發(fā)、傳染病研究、免疫學研究、腫瘤生物學研究、細胞療法開發(fā)、基因編輯、農(nóng)業(yè)科學等多個領域，為從事尖端的科研項目及加速企業(yè)生物產(chǎn)品的開發(fā)提供了前所未有的機遇。
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IsoPlexis和Berkeley Lights已合并成立新公司PhenomeX