近期,一篇发表在国际期刊《Frontiers in Cell and Developmental Biology》的综述报告,系统展示了诱导多能干细胞(iPSC)作为细胞工程平台,打造新一代 NK 细胞免疫疗法的突破性成果。
该研究由加拿大国家研究委员会、渥太华大学、蒙特利尔大学圣‑贾斯汀研究中心等多家科研机构联合完成,梳理了全球 iPSC 来源 NK 细胞(iNK)技术的创新成果、基因编辑策略与临床转化成果,为肿瘤细胞免疫治疗开辟全新发展方向。
细胞免疫治疗是当今生物医药领域的前沿赛道。传统的细胞治疗分为自体治疗和异体供源治疗两种模式。
自体细胞疗法抽取患者自身免疫细胞进行改造,每一位患者都要单独完成全套制备流程,耗费大量时间与成本;而来自健康捐献者的异体 NK 细胞,虽然可以实现一批次供给多名患者,但会受到捐献者个体差异影响,不同批次产品品质参差不齐,同时很难开展精准的基因改造,供应规模也受限于捐献者资源。
而 iPSC 技术的出现,彻底打破了传统细胞疗法的固有局限,有望真正实现 “现货型” 免疫药物,随取随用惠及广大癌症患者。
研究指出,诱导多能干细胞拥有无限自我更新、向多种细胞分化的强大能力,同时十分适配 CRISPR 基因编辑技术。
科研人员可以先建立一份标准化、可无限扩增的干细胞主细胞库,从这一份细胞源头,源源不断大规模生产大量品质完全一致的 NK 抗癌细胞。
不同于传统模式一份原料只能产出十几至上百份治疗制剂,iPSC 主细胞库能够工业化制造数千至上万份标准化治疗制剂,细胞产品性状、杀伤能力高度统一,彻底摆脱患者个体、捐献者差异带来的品质波动,极大拓展细胞药物的供给能力,让更多患者有机会快速用上先进细胞治疗,不必漫长等待个性化细胞制备周期。
依托 CRISPR 多重基因编辑工具,科研人员可以在干细胞阶段就预先给细胞装备多重 “抗癌模块”,打造功能高度定制化的 iNK 细胞。
通过基因改造,科研人员可以给 NK 细胞装配长效白介素‑15 信号,帮助免疫细胞在体内长久存活、持续发挥抗肿瘤作用;改造高亲和力 CD16 受体,大幅提升抗体依赖的肿瘤杀伤效果;还可以敲除免疫抑制相关基因,帮助免疫细胞挣脱肿瘤微环境的压制;同时嵌入 CAR 靶向受体,让 NK 细胞精准识别特定肿瘤抗原。
本文比较了自体、异体供体来源和异体iPSC来源的NK细胞疗法的生物制造方法。自体NK细胞疗法是患者特异性的,采用即时生产模式,每位患者可获得的剂量有限。异体供体来源的NK细胞疗法可实现供体到批次的即用型产品,并具有一定的可扩展性,每位供体可生产数十至数百剂。相比之下,iPSC来源的NK细胞疗法源自工程化的iPSC主细胞库,可实现库到批次的工业规模生产,生产数万剂标准化、一致且均一的即用型产品。这种方法具有无与伦比的可扩展性、一致性和可及性,适用于广泛的临床应用。
同一株经过编辑的iPS细胞,还可以分化生成 NK 细胞、T 细胞、巨噬细胞多种免疫 “战斗兵种”,从同一个细胞源头产出多种免疫细胞,实现多兵种协同抗肿瘤,应对复杂多变的肿瘤组织,为组合免疫治疗打下坚实基础。
目前多款 iPSC‑CAR‑NK 产品已经进入人体临床试验阶段,展现出令人振奋的临床价值。
Fate Therapeutics 开发的 FT596 用于治疗 B 细胞淋巴瘤,在滤泡淋巴瘤患者中取得很高的完全缓解率;FT576 靶向 BCMA 用于治疗多发性骨髓瘤;Century Therapeutics 研发的 CNTY‑101 同样靶向 B 细胞恶性肿瘤,高剂量组别客观缓解率达到 67%。
从已有的临床数据来看,iNK 细胞治疗拥有十分友好的安全表现,极少出现严重的细胞因子释放综合征、免疫神经毒性以及移植物抗宿主病,这些毒性反应是部分 CAR‑T 疗法中备受关注的不良反应。
不少经过 CAR‑T 治疗后复发的肿瘤患者,在 iNK 细胞治疗中依然能够获得肿瘤缓解,为复发难治肿瘤患者带来全新希望。
图示为iPSC衍生免疫细胞CAR工程化和分化的示意图。人类iPSC可在多能干细胞阶段进行基因改造,以整合CAR等功能性基因。经工程改造的iPSC可分化为造血干细胞(iHSC),后者可进一步分化为中间祖细胞,包括淋巴祖细胞(iLPP)和髓系祖细胞(iMLP)。这些祖细胞随后可分化为多种免疫效应细胞谱系,包括iNK细胞、iT细胞和i巨噬细胞,所有这些细胞均携带CAR以及任何其他工程化的基因修饰。
除血液肿瘤之外,经过基因优化的 iNK 细胞同样向实体肿瘤发起冲击。通过导入趋化因子相关基因,改造后的 NK 细胞可以更好地浸润进入实体瘤内部;敲除 TGF‑β、SIGLEC7 等抑制通路基因,让免疫细胞能够抵抗肿瘤内部的免疫抑制环境;借助 synNotch 基因逻辑开关,细胞抵达肿瘤位置后可以定向释放治疗分子,精准在病灶局部激活抗肿瘤免疫。多样化的基因改造工具箱,不断拓宽 iNK 细胞可以治疗的疾病版图。
这项技术平台更具备极强的迭代升级能力。借助全基因组 CRISPR 筛选技术,科研人员持续发掘更多可以提升免疫细胞战斗力的基因靶点;碱基编辑、先导编辑等新一代精准编辑技术进一步丰富细胞改造手段。
建立标准化干细胞主库之后,科研人员可以快速对干细胞进行新一轮基因改造,快速迭代下一代细胞治疗产品,持续升级细胞的靶向能力、存活能力、抗抑制能力。
iPSC 平台重新定义细胞治疗的开发逻辑:不再是为每一位患者单独定制治疗细胞,而是开发标准化、可以大规模量产的通用型细胞产品,再普惠供给给大量患者。
除肿瘤治疗之外,未来这套可编程的干细胞底盘,还有望拓展到自身免疫疾病、慢性感染等更多疾病领域。随着合成生物学、自动化生物反应器生产工艺不断发展,可编程 iPSC 衍生免疫细胞,正在成长为精准医学时代的重要支柱,推动抗癌细胞药物走向更广泛的临床应用,造福更多病患。