越來(lái)越多的基于細(xì)胞和分子的免疫療法通過(guò)調(diào)動(dòng)免疫系統(tǒng)對(duì)抗腫瘤細(xì)胞，為患有頑固癌癥的患者帶來(lái)了新的希望。一類新興的免疫治療藥物，稱為 T 細(xì)胞雙特異性抗體 (TCB)，其重要性與日俱增，美國(guó)食品和藥物管理局 (FDA) 批準(zhǔn)了多種 TCB 用于治療白血病、淋巴瘤和骨髓瘤。
這些抗體藥物用其一端 標(biāo)記腫瘤細(xì)胞，并用另一端吸引免疫細(xì)胞，迫使它們殺死腫瘤細(xì)胞。
TCB 和其他免疫治療藥物開(kāi)發(fā)的挑戰(zhàn)是 TCB 靶向的抗原不僅可以存在于腫瘤細(xì)胞上，還可以存在于體內(nèi)的健康細(xì)胞上。這可能導(dǎo)致“非靶向、非腫瘤”的細(xì)胞殺傷和重要器官(如腎臟、肝臟等)的意外損傷，從而使參與臨床試驗(yàn)的患者面臨風(fēng)險(xiǎn)。
目前，還沒(méi)有人類體外腎臟模型能夠充分概括器官的 3D 結(jié)構(gòu)、細(xì)胞多樣性和功能，以評(píng)估臨床前階段的靶向、非腫瘤效應(yīng)。
現(xiàn)在，一項(xiàng)新的跨學(xué)科、跨組織研究創(chuàng)建了免疫浸潤(rùn)的腎組織模型，用于研究 TCB 和其他潛在免疫治療藥物的靶向、腫瘤外效應(yīng)。
哈佛大學(xué) Wyss 生物啟發(fā)工程研究所、哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 (SEAS)、哈佛醫(yī)學(xué)院 (HMS) 和羅氏創(chuàng)新公司的生物工程師和免疫腫瘤學(xué)家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了這項(xiàng)研究瑞士和德國(guó)的中心開(kāi)發(fā)了一種免疫滲透的人類腎臟類器官芯片模型，該模型由微小的腎臟組織片段組成，其中包含脈管系統(tǒng)并形成腎單位，可以被循環(huán)免疫細(xì)胞滲透。
他們使用該模型來(lái)了解臨床前 TCB 工具化合物的特定毒性，該化合物針對(duì)某些腫瘤中已充分表征的腫瘤抗原 Wilms 腫瘤 1 (WT-1)。重要的是，WT-1 在腎臟中的表達(dá)水平也低得多，這使其成為研究其潛在的靶點(diǎn)、腫瘤外效應(yīng)的重要器官。他們的研究結(jié)果發(fā)表在 PNAS上。
“我們與羅氏的合作者一起，擴(kuò)展了我們的血管化腎臟類器官芯片模型，將含有細(xì)胞毒性 T 細(xì)胞的免疫細(xì)胞群納入其中，這些細(xì)胞不僅有可能殺死腫瘤細(xì)胞，還可以殺死呈遞目標(biāo)抗原的其他細(xì)胞。”該研究的資深作者、Wyss 核心教員、科學(xué)博士 Jennifer Lewis 說(shuō)道。“我們的臨床前人體體外模型提供了重要的見(jiàn)解，了解哪些細(xì)胞是給定 TCB 的目標(biāo)，以及會(huì)產(chǎn)生什么(如果有)脫靶損傷。”
Lewis 也是 SEAS 生物啟發(fā)工程學(xué) Hansjörg Wyss 教授，以及 Wyss 研究所 3D 器官工程計(jì)劃的聯(lián)合負(fù)責(zé)人。
將免疫力納入腎臟類器官芯片中
2019 年，Lewis 團(tuán)隊(duì)與 Joseph Bonventre 醫(yī)學(xué)博士、博士團(tuán)隊(duì)一起。布萊根婦女醫(yī)院的研究人員與合著者 Ryuji Morizane 醫(yī)學(xué)博士、哲學(xué)博士發(fā)現(xiàn)，將人類多能干細(xì)胞產(chǎn)生的腎臟類器官在其分化過(guò)程中暴露于恒定的液體流中，可以增強(qiáng)其片上血管化和腎小球的成熟和管狀隔室，相對(duì)于靜態(tài)控制。
研究人員的觀察是通過(guò) 3D 打印的微流體芯片實(shí)現(xiàn)的，在該芯片中，腎臟類器官在分化過(guò)程中接受以受控速率流動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)和分化因子培養(yǎng)基。該芯片設(shè)備允許研究人員使用共焦顯微鏡通過(guò)透明窗口實(shí)時(shí)直接觀察組織。
“鑒于這種體外模型代表了腎臟中的大多數(shù)細(xì)胞類型并納入了免疫系統(tǒng)，它可以支持評(píng)估 TCB 的靶向和脫靶效應(yīng)以及復(fù)雜的細(xì)胞相互作用，”Kimberly Homan 博士說(shuō)。 D.，劉易斯實(shí)驗(yàn)室的前博士后研究員，初始工作的第一作者，也是這項(xiàng)新研究的共同通訊作者。
此后，霍曼離開(kāi)劉易斯實(shí)驗(yàn)室，加入基因泰克，擔(dān)任復(fù)雜體外系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任，在那里她繼續(xù)為項(xiàng)目合作者提供專業(yè)知識(shí)。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)首先改進(jìn)了他們的體外系統(tǒng)，使人類免疫細(xì)胞(統(tǒng)稱為外周血單核細(xì)胞(PBMC))能夠通過(guò)該系統(tǒng)持續(xù)循環(huán)，并檢索樣本以分析免疫細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)。
他們證明，最佳流速能夠在 5 天的時(shí)間內(nèi)支持“免疫效應(yīng)”細(xì)胞(PBMC 的一個(gè)亞群，能夠殺死其他細(xì)胞)的活力，并且這些細(xì)胞實(shí)際上滲透到了腎單位樣結(jié)構(gòu)中以及芯片上腎臟類器官中存在的微血管。
臨床前 WT-1 靶向工具 TCB (WT1-TCB) 被創(chuàng)建為當(dāng) HLA 蛋白呈遞在靶細(xì)胞(在這種情況下是表達(dá) WT-1 的腫瘤細(xì)胞)表面上時(shí)，與 WT-1 抗原特異性結(jié)合。HLA 通過(guò)熟悉人體的正常蛋白質(zhì)庫(kù)，幫助免疫系統(tǒng)區(qū)分健康細(xì)胞上的蛋白質(zhì)與腫瘤和外來(lái)入侵者產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。
研究小組首先研究了正常的 WT-1 蛋白是否在任何關(guān)鍵腎細(xì)胞群中表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn) WT-1 在足細(xì)胞中表達(dá)，但在近端和遠(yuǎn)端腎小管細(xì)胞中檢測(cè)不到。此外，他們發(fā)現(xiàn)這些分化的腎細(xì)胞類型中很大一部分也表達(dá) HLA。
對(duì) TCB 進(jìn)行測(cè)試
為了了解 WT1-TCB 的特異性靶向作用，研究人員將它們與可以結(jié)合所有腎細(xì)胞類型上的抗原的非特異性 TCB(ESK1 樣 TCB，陽(yáng)性對(duì)照)和只能結(jié)合抗原的 TCB 產(chǎn)生的 TCB 進(jìn)行了比較。免疫細(xì)胞(DP47，陰性對(duì)照)。
當(dāng)這三種化合物在五天的高流量條件下與 PBMC 一起引入腎臟芯片類器官模型時(shí)，確實(shí)引起了顯著不同的效果。正如預(yù)期的那樣，DP47 導(dǎo)致極少數(shù)細(xì)胞死亡，而 ESK1 樣 TCB 通過(guò)招募免疫效應(yīng)細(xì)胞，以劑量依賴性方式靶向并殺死所有細(xì)胞類型。
“重要的是，我們的中心發(fā)現(xiàn)是 WT1-TCB 工具化合物導(dǎo)致腎類器官中表達(dá) WT-1 的足細(xì)胞被選擇性殺死，同時(shí)它不影響遠(yuǎn)端和近端小管中的細(xì)胞。這令人信服地證明了我們的工程設(shè)計(jì)人體外腎類器官芯片系統(tǒng)可作為臨床前藥物開(kāi)發(fā)工具，用于評(píng)估 TCB 作為一類新型免疫治療藥物的靶向、腫瘤外毒性。”這項(xiàng)研究的第一作者。
然而，當(dāng)前腎臟類器官芯片系統(tǒng)的一個(gè)重要警告是，TCB 和 PBMC 的遞送途徑與體內(nèi)的途徑不同，它們通過(guò)腎小球內(nèi)血液的灌注和過(guò)濾進(jìn)入腎細(xì)胞。隔間。然而，作者假設(shè) TCB 在體內(nèi)接觸腎小球細(xì)胞上的 WT1 靶點(diǎn)的可能性很小。
為了檢驗(yàn)這一假設(shè)，克羅爾現(xiàn)在正在領(lǐng)導(dǎo)一項(xiàng)工作，通過(guò)創(chuàng)建可灌注的血管化腎臟類器官芯片模型，使該團(tuán)隊(duì)的模型在生理上更具相關(guān)性。
“詹妮弗·劉易斯團(tuán)隊(duì)的這一有趣的工業(yè)合作精彩地展示了如何在學(xué)術(shù)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和特定治療領(lǐng)域相遇并相互推動(dòng)的環(huán)境中促進(jìn)藥物開(kāi)發(fā)，以改善那些迫切需要新藥的患者群體。 Wyss 創(chuàng)始董事 Donald Ingber 醫(yī)學(xué)博士、博士說(shuō)道。
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