越來越多的基于細胞和分子的免疫療法通過調(diào)動免疫系統(tǒng)對抗腫瘤細胞，為患有頑固癌癥的患者帶來了新的希望。一類新興的免疫治療藥物，稱為 T 細胞雙特異性抗體 (TCB)，其重要性與日俱增，美國食品和藥物管理局 (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)記腫瘤細胞，并用另一端吸引免疫細胞，迫使它們殺死腫瘤細胞。
TCB 和其他免疫治療藥物開發(fā)的挑戰(zhàn)是 TCB 靶向的抗原不僅可以存在于腫瘤細胞上，還可以存在于體內(nèi)的健康細胞上。這可能導(dǎo)致“非靶向、非腫瘤”的細胞殺傷和重要器官(如腎臟、肝臟等)的意外損傷，從而使參與臨床試驗的患者面臨風(fēng)險。
目前，還沒有人類體外腎臟模型能夠充分概括器官的 3D 結(jié)構(gòu)、細胞多樣性和功能，以評估臨床前階段的靶向、非腫瘤效應(yīng)。
現(xiàn)在，一項新的跨學(xué)科、跨組織研究創(chuàng)建了免疫浸潤的腎組織模型，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)家團隊進行了這項研究瑞士和德國的中心開發(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)免疫細胞滲透。
他們使用該模型來了解臨床前 TCB 工具化合物的特定毒性，該化合物針對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 在腎臟中的表達水平也低得多，這使其成為研究其潛在的靶點、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，擴展了我們的血管化腎臟類器官芯片模型，將含有細胞毒性 T 細胞的免疫細胞群納入其中，這些細胞不僅有可能殺死腫瘤細胞，還可以殺死呈遞目標(biāo)抗原的其他細胞。”該研究的資深作者、Wyss 核心教員、科學(xué)博士 Jennifer Lewis 說道。“我們的臨床前人體體外模型提供了重要的見解，了解哪些細胞是給定 TCB 的目標(biāo)，以及會產(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 團隊與 Joseph Bonventre 醫(yī)學(xué)博士、博士團隊一起。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)，將人類多能干細胞產(chǎn)生的腎臟類器官在其分化過程中暴露于恒定的液體流中，可以增強其片上血管化和腎小球的成熟和管狀隔室，相對于靜態(tài)控制。
研究人員的觀察是通過 3D 打印的微流體芯片實現(xiàn)的，在該芯片中，腎臟類器官在分化過程中接受以受控速率流動的營養(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透明窗口實時直接觀察組織。
“鑒于這種體外模型代表了腎臟中的大多數(shù)細胞類型并納入了免疫系統(tǒng)，它可以支持評估 TCB 的靶向和脫靶效應(yīng)以及復(fù)雜的細胞相互作用，”Kimberly Homan 博士說。 D.，劉易斯實驗室的前博士后研究員，初始工作的第一作者，也是這項新研究的共同通訊作者。
此后，霍曼離開劉易斯實驗室，加入基因泰克，擔(dān)任復(fù)雜體外系統(tǒng)實驗室主任，在那里她繼續(xù)為項目合作者提供專業(yè)知識。
為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，該團隊首先改進了他們的體外系統(tǒng)，使人類免疫細胞(統(tǒng)稱為外周血單核細胞(PBMC))能夠通過該系統(tǒng)持續(xù)循環(huán)，并檢索樣本以分析免疫細胞分泌的蛋白質(zhì)。
他們證明，最佳流速能夠在 5 天的時間內(nèi)支持“免疫效應(yīng)”細胞(PBMC 的一個亞群，能夠殺死其他細胞)的活力，并且這些細胞實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 蛋白呈遞在靶細胞(在這種情況下是表達 WT-1 的腫瘤細胞)表面上時，與 WT-1 抗原特異性結(jié)合。HLA 通過熟悉人體的正常蛋白質(zhì)庫，幫助免疫系統(tǒng)區(qū)分健康細胞上的蛋白質(zhì)與腫瘤和外來入侵者產(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)鍵腎細胞群中表達。他們發(fā)現(xiàn) WT-1 在足細胞中表達，但在近端和遠端腎小管細胞中檢測不到。此外，他們發(fā)現(xiàn)這些分化的腎細胞類型中很大一部分也表達 HLA。
對 TCB 進行測試
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)合所有腎細胞類型上的抗原的非特異性 TCB(ESK1 樣 TCB，陽性對照)和只能結(jié)合抗原的 TCB 產(chǎn)生的 TCB 進行了比較。免疫細胞(DP47，陰性對照)。
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，確實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)細胞死亡，而 ESK1 樣 TCB 通過招募免疫效應(yīng)細胞，以劑量依賴性方式靶向并殺死所有細胞類型。
“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 WT-1 的足細胞被選擇性殺死，同時它不影響遠端和近端小管中的細胞。這令人信服地證明了我們的工程設(shè)計人體外腎類器官芯片系統(tǒng)可作為臨床前藥物開發(fā)工具，用于評估 TCB 作為一類新型免疫治療藥物的靶向、腫瘤外毒性。”這項研究的第一作者。
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，它們通過腎小球內(nèi)血液的灌注和過濾進入腎細胞。隔間。然而，作者假設(shè) TCB 在體內(nèi)接觸腎小球細胞上的 WT1 靶點的可能性很小。
為了檢驗這一假設(shè)，克羅爾現(xiàn)在正在領(lǐng)導(dǎo)一項工作，通過創(chuàng)建可灌注的血管化腎臟類器官芯片模型，使該團隊的模型在生理上更具相關(guān)性。
“詹妮弗·劉易斯團隊的這一有趣的工業(yè)合作精彩地展示了如何在學(xué)術(shù)研究、技術(shù)開發(fā)和特定治療領(lǐng)域相遇并相互推動的環(huán)境中促進藥物開發(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、博士說道。
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