2021年8月苏州大学附属第一医院使用靶向CD19自体CAR-T产品成功治疗患有弥漫大B淋巴瘤患者,使其顺利出院,这是我国首例CAR-T疗法的获益患者。之后上海瑞金医院也同样为患多年弥漫大B淋巴瘤的陈阿姨进行治疗,使其成为国内首位CAR-T药品回输治疗后症状完全缓解的患者。
CAR-T 疗法
CAR-T细胞免疫疗法因其在白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤等多种恶性肿瘤疾病的治疗中展现出显著的治疗效果而成为国内外研究的热点。CAR-T疗法也称为抗原受体T细胞免疫疗法,是把病人的T淋巴细胞分离出来,在体外扩增,然后让T淋巴细胞上带上肿瘤细胞的抗原,同时T淋巴细胞经过加工以后,抗肿瘤活性明显增强,再回输到病人体内,携带着特殊抗原的T淋巴细胞就会特异性地攻击人体肿瘤细胞,达到快速准确、精准地治疗肿瘤的目的,所以称为CAR-T疗法。
目前,国内外共上市7款CAR-T药物,同时CAR-T的研发管线也迅速开展扩大,靶点与适应症也在积极探索中。
全球上市的CAR-T药物
CAR-T 的工艺流程
CAR-T的临床生产工艺始于获得患者的外周血单核细胞,激活它们,并进行基因修饰和扩增,最终输回患者体内。
CAR-T细胞治疗流程
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细胞的采集及分离
细胞的采集一般根据单采血流程进行采集,然后进行目标成份的分离。分离一般会分为两步,首先采用连续或者半连续的Ficoll密度梯度离心方法分离单个核细胞,然后用磁珠技术分离出特定的T细胞亚群,如CD4+、CD8+。
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T细胞的激活
初始T细胞的完全活化需要两种活化信号的协同作用,第一信号由T细胞受体(TCR)识别抗原呈递细胞(APC)提呈的pMHC(抗原肽-MHC分子复合物)产生,经CD3转导信号,CD4或CD8辅助。第二信号(共刺激信号)则由APC或者靶细胞表面的共刺激分子与T细胞表面的共刺激分子相互作用而产生。共刺激分子主要包括CD28家族,CD2,ICAM等及其相应的配体。第二信号使T细胞完全活化,分泌细胞因子和表达细胞因子受体。
目前CD3/CD28抗体包被磁珠是最广泛使用的T细胞激活方法,利用抗CD3的抗体提供第一信号,抗CD28抗体刺激提供共刺激信号,来使T细胞充分活化。
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细胞转导
实现CAR在T细胞上的表达,是CAR-T生产的核心技术,这一步需要利用到载体将CAR基因导入T细胞。常用的载体包括病毒载体和非病毒载体,病毒载体如逆转录病毒和慢病毒,逆转录病毒转染较稳定、效率高,如 Yescarta和Tecartus;慢病毒需大量质粒DNA进行瞬时转染,但安全性较高,如Kymriah。
非病毒载体转染主要有基因编辑技术和电穿孔。基因编辑技术可以实现外源基因的靶向插入或内源基因的定向敲除,精确构建CAR-T细胞,主要在同种异体CAR-T疗法的开发中被广泛使用,其中CRISPR/Cas9精准度高、副作用小,更有利于规模化工业生产。 电穿孔是指一个短的电脉冲作用于细胞,以产生暂时的通透性,并允许编码目的基因的DNA或RNA的注入,转染系统利用mRNA电穿孔介导CAR基因表达,安全性高于病毒载体。
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细胞扩增
通过细胞转导获得稳定的CAR-T细胞后,还需要进行大规模的体外扩增,才能获得达到治疗所需剂量。一旦CAR-T细胞在体外无法充分扩增,患者将无法接受该疗法,所以CAR-T细胞的扩增是CAR-T疗法的关键挑战之一。
细胞可以通过不同的容器进行扩大,包括T瓶、平板或培养袋以及生物反应器。利用摇摆式生物反应器进行扩增,是目前主要的培养方式。在细胞培养过程中,培养基的选择、细胞密度、培养时间都需要优化来促进CAR-T细胞的增殖。在此过程中,常常使用细胞因子作为刺激信号,对于CAR-T细胞质量、表型等产生重要影响。IL-2是用于CAR-T细胞扩增最常见的细胞因子,可以诱导强的T细胞扩增,Yescarta就是使用的IL-2,但是IL-2会产生分化和耗竭的T细胞表型。IL-7/IL-15可以增强T细胞活化和增殖,两者联合使用可以增加未分化CAR-T的存活和维持。
5
低温保存和解冻
细胞冷冻保存是CAR-T制造过程中的一个可选步骤,可以灵活地安排患者输液时间,以及完成产品放行所需的质控测试。此步骤可在培养开始之前和/或制造最终产品之后执行。这步需要选择合适的冷冻保护剂、添加剂以及储存条件。大多数使用5%到10%的二甲基亚砜(DMSO)作为低温保护剂冷冻保存后,PBMC可以解冻以开始培养并制造CAR-T,而最终的CAR-T细胞产品可解冻用于输注。
Cytiva拥有从细胞采集到冻存、回输的一系列CAR-T制备解决方案,帮助用户快速建立CAR-T生产流程。
Cytiva CAR-T制备解决方案
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质量检测
由于细胞质量、数量与个体的差异,CAR-T生产过程中需质量控制各个环节,流式细胞术作为一种在功能水平上对单细胞进行定量分析和分选的检测手段,可以高速分析上万个细胞,并能同时从一个细胞中测得多个参数,具有速度快、精度高、准确性好等诸多优点,是对细胞治疗产品进行质量检测的重要工具,用于CAR-T治疗及制备的各个环节。
流式细胞术首先可用于肿瘤患者的免疫表型分析,判断CAR-T治疗前的免疫状态。
肿瘤患者的免疫分型
其次,在CAR-T制备中流式细胞仪可以对CAR转染效率、纯度、特异性、功能、细胞亚群、共刺激分子、目标细胞分选等进行检测。
PBMC采集后T细胞亚群分析
(Nat Med. 2018 Apr 30. )
CART-CD19 感染效率检测
(Curr Protoc Cytom, 87(1), e53. doi:10.1002/cpcy.53)
在CAR-T回输后,可以对患者体内的CAR-T进行监测,并检测T细胞亚群分布、T细胞功能、治疗前后的MRD监测、关键靶分子的表达等。
CAR-T输注后CAR-T持续时间流式长期随访
贝克曼库尔特本土创新的CytoFLEX流式细胞仪拥有高达15个参数的设计,保证了优越的检测性能,并具有CAR-T检测的成熟应用方案,帮助用户进行CAR-T治疗的探索。
CytoFLEX流式细胞仪
另外在CAR-T制备过程中,对T细胞的体积大小进行检测也非常重要,因为T细胞体积与激活、转导、扩增、静息等密切相关。贝克曼库尔特的Multisizer 4e颗粒/细胞及粒度分析仪采用库尔特原理对细胞大小和体积进行检测,无需做标记,可用于CAR-T激活、转导、扩增和冻存阶段。
典型应用如,Multisizer 4e对刺激后的T细胞体积的监测,可以比较不同激活方式的差异;可以监测T细胞体积当达到某一程度时进行转导,更好地控制CAR基因的转入时间,提高转导成功率;同时还可以从体积维度帮助研究人员判断细胞何时到静息/稳定状态,从而进行冻存,提高CAR-T细胞治疗的质量。
Multisizer 4e颗粒/细胞及粒度分析仪
Multisizer 4e颗粒/细胞及粒度分析仪
对T细胞体积进行监测
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