生物3D打印应用新突破!助力实体瘤CAR-T疗法的评价与优化

 

 

CAR-T疗法作为一种新兴肿瘤免疫治疗方法,在临床治疗多种肿瘤中表现出显著潜力,在部分血液肿瘤中已经实现治愈癌症。但CAR-T在实体瘤中的潜力受限于细胞外基质(ECM)形成的物理屏障、肿瘤免疫抑制性等各项肿瘤微环境特征;而传统的2D细胞培养、动物模型或基于Matrigel等较软基质材料的3D培养模型在模拟肿瘤组织物理特征等方面均有局限。

 

 

CAR-T细胞疗法评价、优化新工具

由于建立具有精确机械性能的实体瘤模型面临挑战,加州大学圣地亚哥分校与南加州大学研究团队采用DLP生物3D打印系统制造了具有不同硬度的3D脑胶质母细胞瘤(GBM)模型,该模型成功模拟了肿瘤的硬性状态,并揭示CAR-T细胞在实体瘤中面临的渗透与治疗挑战。生物3D打印的肿瘤模型为CAR-T的疗效评价提供了一种仿生、高效的工具,研究团队基于发现的现象优化了针对实体瘤的热诱导HS-CAR-T细胞,成功突破硬性肿瘤模型,实现了更高的肿瘤杀伤效果。仿生的生物3D打印实体瘤模型在评价和优化针对实体瘤的CAR-T细胞疗法中展现出巨大潜力。研究成果Heat-inducible CAR-T overcomes adverse mechanical tumor microenvironment in a 3D bioprinted glioblastoma model发表于《Materials Today Bio》。赛箔生物首席科学家汤忞博士与加州大学圣地亚哥分校的Yunjia Qu为共同第一作者,加州大学圣地亚哥分校的Shaochen Chen教授和南加州大学的Yingxiao Wang教授为共同通讯作者。本研究主要关注了实体瘤的一项关键物理特征,ECM硬度,未来采用生物3D打印可以进一步整合其他肿瘤微环境特征,如免疫细胞、血管化、不同ECM成分等,以进一步优化体外3D模型的仿生性和临床相关性。

 

 

研究内容

 

脑胶质瘤是最常见的成人中枢系统恶性肿瘤,其中脑胶质母细胞瘤(GBM)恶性程度最高,五年生存率仅为6.9%,且这种癌症具有极高的复发风险,使得治疗难度大大增加。CAR-T作为具有临床潜力的细胞疗法,也是GBM治疗新方法的研究热点。因此本研究为靶向GBM肿瘤细胞的CAR-T建立了生物3D打印仿生GBM模型,评价CAR-T抗GBM效果、揭示CAR-T耐药机制、启发CAR-T优化方法。

 

 

DLP生物3D打印技术构建仿生3D实体瘤模型

研究团队采用生物材料和DLP生物打印系统,通过调节光照和生物墨水成分,制造出具有可调节细胞外基质(ECM)硬度的仿生GBM肿瘤3D模型。

 

 

CAR-T细胞在模拟实体瘤硬度的GBM模型中杀伤效果降低

GD2-CAR-T细胞在儿童神经母细胞瘤患者的临床实验中显示出疗效,成人GBM组织也具有较高的GD2表达,因此可能具有临床获益潜力。为了评估生物3D打印的GBM模型评估CAR-T细胞治疗效果的适用性,研究团队构建了GD2-CAR-T细胞。实验结果表明,在2D培养和球状培养条件下,GD2-CAR-T细胞表现出对GBM肿瘤细胞的高效杀伤能力,24小时内可导致约80%的肿瘤细胞死亡。在生物3D打印的GBM模型中,CAR-T的杀伤效果显著降低;其中硬模型中GBM细胞对CAR-T的耐药性又显著高于软模型,揭示ECM硬度对于CAR-T疗法的直接影响,原因之一可能是通过阻碍T细胞渗透实体瘤从而影响疗效。

 

 

热诱导增强CAR-T的肿瘤杀伤效果

此外,重复的抗原刺激可能是降低CAR-T疗法的整体治疗效果的原因之一。研究团队通过将GD2-CAR与热诱导元件启动子(7HE)连接,实现可控和可逆的GD2-CAR表达,CAR-T细胞具有休息期,热诱导后6小时,抗体染色显示约80%的细胞表达CAR,但在诱导24小时后降至30%。在没有热诱导的情况下,没有检测到CAR表达。HS-CAR-T细胞可以重复诱导,在相同的加热参数下进行第二次和第三次热诱导,可以成功再次诱导T细胞表达CAR-T细胞的生长和活力不受反复加热的影响,但重复加热可以通过CD69表达进一步激活T细胞,并赋予CAR-T细胞更高的杀伤能力和颗粒酶B及穿孔素表达。与抗原呈递的U87细胞共培养后,CAR-T细胞进一步激活,并表现出更高的细胞毒性功能。

 

 

热诱导的CAR-T细胞突破3D打印的硬性肿瘤微环境

最终,研究团队在不同硬度的生物3D打印GBM模型中研究了热诱导CAR-T细胞的治疗效果。研究团队采用重复加热方案,首次加热仅用于HS-CAR-T细胞,随后对含有HS-CAR-T细胞和肿瘤细胞的共培养板进行热诱导。在重复加热下与3D肿瘤模型共培养72小时后,HS-CAR-T细胞在硬性3D模型中对U87和CW468细胞系表现出比标准CAR-T细胞显著更高的肿瘤清除能力。这与2D共培养的结果形成鲜明对比,在2D共培养中,HS-CAR的细胞毒性低于标准CAR-T细胞。这种差异可能归因于2D杀伤实验持续时间较短以及一次性HS方案,而HS-CAR-T细胞表现出可逆的CAR表达,随着共培养时间的延长而提高了细胞毒性。

 

 

总结

生物3D打印的实体瘤模型为CAR-T的疗效评价提供了一种仿生、高效的工具,促使CAR-T研发团队优化获得针对实体瘤的热诱导HS-CAR-T细胞,成功突破硬性肿瘤模型,实现了更高的肿瘤杀伤效果。仿生的生物3D打印实体瘤模型在评价和优化针对实体瘤的CAR-T细胞疗法中有巨大潜力。

 

关于赛箔生物

 

赛箔(上海)智能科技有限公司是一家专注于研发生物制造技术和组织工程产品的科创企业,成立于2021年2月。自主研发多种已经获得国家发明专利授权的生物3D打印技术和装备、生物材料、体外细胞和组织培养技术、组织处理和培养装置。基于核心技术开发多种器官组织模型和相应的检测评价服务,为基础研究、新药研发、精准医疗、再生医学等领域提供生物3D打印全产业链解决方案,实现了从设备到产品到服务的全面覆盖。

在肿瘤相关领域,赛箔与合作者共同研发基于生物3D打印技术构建的肿瘤微组织(PDT),涵盖十余个癌种,包括高发肿瘤、难治肿瘤、妇科肿瘤和儿童肿瘤,培养成功率超过了90%。通过近千例样本研究,证实PDT与患者组织具有高度一致的分子特征和药物敏感性,1-2周即可获得准确的药敏检测结果,为治疗赢取宝贵时间,并且可为新药研发企业提供药效评价、入组标准建立、适应症筛选等服务。在再生相关领域,赛箔已建立多种3D组织工程皮肤,包括表皮模型、全层皮肤模型、黑素皮肤模型等,并相应开发多种体外功效测试方法。

 

服务列表

 

  • 细胞间相互作用研究

  • 调控细胞外基质(ECM),开展细胞与ECM相互间作用的研究

  • 多种肿瘤药物评价,包含小分子药物、免疫疗法、细胞疗法等

  • 复杂3D器官组织模型开发服务

  • 个性化药敏检测服务

 

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创建时间:2024-05-31 16:24