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從體外/體內(nèi)-免疫缺陷/體內(nèi)-人源化三個(gè)模型方向?qū)Ρ菴RS評(píng)價(jià)模型

瀏覽次數(shù):858 發(fā)布日期:2023-8-3  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
嵌合抗原受體(CAR)T細(xì)胞、雙特異性T細(xì)胞等免疫細(xì)胞治療的研究愈發(fā)火熱,在腫瘤治療中展現(xiàn)出新希望,但同樣面臨著新的挑戰(zhàn):細(xì)胞因子釋放綜合征(Cytokine Release Syndrome,CRS

CRS是一種免疫過度激活的現(xiàn)象,會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞因子分泌過多,如果不加以控制,可能會(huì)導(dǎo)致多器官衰竭和死亡。一篇涉及84項(xiàng)研究中2592名患者的Meta分析顯示,血液系統(tǒng)惡性腫瘤和實(shí)體瘤的所有級(jí)別CRS發(fā)生率分別為:81%、37%,≥3 CRS發(fā)生率分別為:29%、19%[1]。
研究者深知在臨床前實(shí)驗(yàn)初期,不僅要關(guān)注免疫治療效果,同樣要關(guān)注CRS發(fā)生率和嚴(yán)重程度,以采取措施預(yù)防和減緩CRS帶來的毒副作用。

因此,選擇一種合適的研究模型兼顧免疫療法的療效驗(yàn)證與CRS安全性評(píng)估,可以事半功倍。本文將分別從體外模型、體內(nèi)-免疫缺陷模型、體內(nèi)-人源化模型三個(gè)方向?qū)Ρ菴RS評(píng)價(jià)模型的優(yōu)缺點(diǎn)。
 
體外模型(特異性T細(xì)胞和腫瘤抗原共孵育)可以初步檢測(cè)細(xì)胞因子釋放。
OKT3是一種CD3單克隆抗體,用于促進(jìn)T細(xì)胞增殖和分化。將OKT3或特異性合成的PSMA/CD3雙抗與添加了IL-2的PBMC共孵育,分別得到增殖分化好的T細(xì)胞。將OKT3-T細(xì)胞或雙特異性T細(xì)胞(anti-PSMA/anti-CD3 BsAbs)與LNCaP細(xì)胞共培養(yǎng),驗(yàn)證雙特異性T細(xì)胞在體外對(duì)腫瘤的殺傷作用[2]。
  • 從健康供體的血液中分離人PBMC,并分別與四種類型的BsAb或傳統(tǒng)的小鼠抗CD3抗體(OKT3)共培養(yǎng),14天后分化擴(kuò)增出特異性的CD3+CD8+T細(xì)胞(圖1)。
  • 雙特異性T細(xì)胞較OKT3-T細(xì)胞展示出更強(qiáng)的對(duì)LNCaP細(xì)胞的殺傷性(圖2),釋放更高量的細(xì)胞因子(IL-2、INF-γ和TNF-α)和細(xì)胞毒素(穿孔素和顆粒酶B)(圖3)。

體外模型小結(jié)
這種體外模型實(shí)驗(yàn)周期短且成本低,但不能提供有關(guān)全身免疫環(huán)境(血管內(nèi)皮細(xì)胞、組織固有的免疫細(xì)胞等)、無法驗(yàn)證脫靶效應(yīng)(交叉反應(yīng)、非預(yù)期靶點(diǎn)激活)、神經(jīng)毒性、組織損傷和器官衰竭等,還有可能帶來假陽性結(jié)果,故還需進(jìn)行進(jìn)一步的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
需要注意的是為避免不同供體來源的PBMC本身差異性引發(fā)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)的不一致和不可重復(fù)性,選擇穩(wěn)定可靠的優(yōu)質(zhì)供體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。
維通利華持續(xù)篩選優(yōu)質(zhì)供體,滿足研發(fā)者更嚴(yán)謹(jǐn)及精細(xì)化的研發(fā)需求:引入不同供體的差異。

無論是CAR-T細(xì)胞、雙特異性T細(xì)胞或是其它免疫細(xì)胞只有在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)維持和擴(kuò)增才能發(fā)揮作用。SCID Beige鼠:T、B細(xì)胞缺失,NK細(xì)胞有缺陷,腹腔注射Raji細(xì)胞,3周后靜脈回輸CAR-T細(xì)胞,檢測(cè)細(xì)胞因子的釋放水平。CAR-T細(xì)胞回輸前,腫瘤切片染色顯示有浸潤(rùn)性髓系細(xì)胞的表達(dá),而注射CAR-T細(xì)胞后,鼠源髓系細(xì)胞表達(dá)顯著上調(diào),證明CAR-T細(xì)胞募集并激活鼠源髓系細(xì)胞,產(chǎn)生大量細(xì)胞因子引發(fā)CRS[3]。
  • 荷瘤小鼠回輸CAR-T細(xì)胞后,體重明顯下降(圖4),整體細(xì)胞因子的表達(dá)水平與生存率及CRS的嚴(yán)重程度密切相關(guān)(圖5)。
  • IL-3和GM-CSF是人源CAR-T細(xì)胞產(chǎn)生,而其他細(xì)胞因子如IL-6是由內(nèi)源性鼠源細(xì)胞產(chǎn)生(圖6)。
  • CAR-T細(xì)胞注射后主要集中在腹膜部位,脾臟或其他組織中沒有發(fā)現(xiàn)(圖7),腹膜部位的髓系細(xì)胞比例顯著提升(圖8)。

上述研究中用到的SCID Beige鼠為部分免疫缺陷,主要是依賴鼠源髓系細(xì)胞進(jìn)行CRS評(píng)估,同時(shí)小鼠體內(nèi)還缺乏人源細(xì)胞因子和人源免疫系統(tǒng),T細(xì)胞注射后難以實(shí)現(xiàn)大量擴(kuò)增和長(zhǎng)期維持,因而無法準(zhǔn)確進(jìn)行CRS評(píng)價(jià)。

如,使用SCID小鼠評(píng)估雙特異性T細(xì)胞的有效性及安全性實(shí)驗(yàn)[2],雖然雙特異性T細(xì)胞組展示了很好的抗腫瘤效果(圖10),但可能由于沒有人源免疫細(xì)胞的參與,并沒有引發(fā)大量細(xì)胞因子釋放的毒副作用(圖9)。
 

體內(nèi)-免疫缺陷模型小結(jié)
CRS的發(fā)生不僅僅是由腫瘤抗原與CAR-T細(xì)胞相互作用引發(fā),更是多種免疫細(xì)胞相互作用的結(jié)果。因而,需要一種可以重建人源T細(xì)胞、髓系細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞的模型,以精確地進(jìn)行CRS評(píng)估。
 
并且如果體內(nèi)T細(xì)胞的維持和增殖受限,將無法發(fā)揮藥效,還需借助于超重度免疫缺陷鼠NOG及其衍生小鼠(NOG-dKO/NOG-EXL/hIL-2 NOG)的人源化模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

這里我們介紹的免疫系統(tǒng)人源化小鼠主要是指huHSC-NOG-EXL:將huHSC-CD34+移植到NOG-EXL小鼠(轉(zhuǎn)入編碼人IL-3和GM-CSF基因的NOG小鼠),可以重建多種免疫細(xì)胞,包括:T細(xì)胞、B細(xì)胞、粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞,更能模擬人的免疫細(xì)胞組成,呈現(xiàn)更完整的人類免疫系統(tǒng)(圖12)[4]。
 

客戶合作案例
采用常規(guī)免疫缺陷小鼠荷瘤模型通常情況下觀察到的細(xì)胞因子釋放是有限的 , 不能有效地評(píng)估CAR-T 細(xì)胞治療的安全性。研究結(jié)果表明[5],當(dāng)在臨床前實(shí)驗(yàn)研究或預(yù)測(cè) CAR-T 細(xì)胞產(chǎn)品的細(xì)胞因子釋放強(qiáng)度時(shí),相比于常規(guī)的荷瘤小鼠,免疫重建的NOG-EXL小鼠是更適合的模型。研究者使用huHSC-NOG-EXL小鼠,給予腫瘤負(fù)荷并輸注CAR-T細(xì)胞后,可見明顯的各類細(xì)胞因子的釋放(圖13),其中 IL-6 的最高釋放個(gè)體達(dá)到6000 pg/mL 水平。但細(xì)胞因子釋放的時(shí)機(jī)同臨床相比較早,持續(xù)的時(shí)間也較短。
 
 
文獻(xiàn)案例
CAR-T細(xì)胞激活后,會(huì)釋放出高水平的IFNγ,誘導(dǎo)激活其他免疫細(xì)胞亞群(主要是巨噬細(xì)胞),隨之產(chǎn)生更多的細(xì)胞因子,加重炎癥反應(yīng),提高CAR-T細(xì)胞抗腫瘤活性的同時(shí),也引發(fā)不良反應(yīng)[6]。本研究[7]證明,Emapalumab(一種針對(duì)IFNγ的單克隆抗體)能夠顯著減弱CAR-T細(xì)胞治療引發(fā)的CRS,而不會(huì)損害CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性。
  • NSG小鼠模型中,Emapalumab單抗治療不影響CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性(圖14)。
  • huHSC-NOG-EXL小鼠移植經(jīng)照射的CD19+Daudi(irrDaudi)FF-LUC細(xì)胞系后靜脈注射CAR-T細(xì)胞,進(jìn)行Emapalumab單抗治療,治療后IFNγ和 IL-6釋放顯著降低(圖15),但不影響CAR.CD19-T細(xì)胞的擴(kuò)增(圖16)。
  • huHSC-NOG-EXL小鼠注射CAR-T細(xì)胞后7天內(nèi)出現(xiàn)死亡,Emapalumab單抗治療的組別小鼠生存情況明顯改善,生存觀察期延長(zhǎng)至15天(圖17)。
 

體內(nèi)-人源化模型小結(jié)
回輸CAR-T細(xì)胞,huHSC-NOG-EXL小鼠細(xì)胞因子釋放水平顯著提高。通過Emapalumab單抗治療,細(xì)胞因子釋放得到控制,小鼠生存期明顯改善,表明CRS得到控制,充分證明huHSC-NOG-EXL小鼠是CRS評(píng)價(jià)的優(yōu)選模型。

總結(jié)
CRS(細(xì)胞因子釋放綜合征)通常發(fā)生在免疫細(xì)胞輸注后的幾天內(nèi),伴隨體內(nèi)免疫細(xì)胞的活化與擴(kuò)增[8,9]。釋放出大量細(xì)胞因子和炎癥因子(如IFN-γ、TNF-α和GM-CSF等),是免疫細(xì)胞治療安全性評(píng)價(jià)中的重要指標(biāo)。在臨床前探究中,
  • 體外CRS模型:可用于臨床前安評(píng)的初級(jí)評(píng)估,由于無法反映T細(xì)胞及其產(chǎn)生的細(xì)胞因子對(duì)其它免疫細(xì)胞的影響以及相互作用,還需要結(jié)合體內(nèi)模型。
  • 體內(nèi)CRS模型:免疫缺陷小鼠可部分模擬細(xì)胞藥物與腫瘤在體內(nèi)的相互作用。然而因缺乏人免疫系統(tǒng)和細(xì)胞因子的表達(dá),T細(xì)胞的增殖分化受限,并且會(huì)受到鼠源免疫細(xì)胞的影響。免疫系統(tǒng)人源化模型huHSC-NOG-EXL鼠源免疫功能超重度缺陷,并可重建多種人免疫細(xì)胞(T細(xì)胞、髓系細(xì)胞等),進(jìn)一步模擬人的免疫系統(tǒng),在臨床前為細(xì)胞療法引發(fā)的CRS提供適宜的研究環(huán)境。

維通利華可以提供huHSC-NOG-EXL現(xiàn)貨模型,節(jié)省前期模型制備時(shí)間,保證免疫系統(tǒng)重建成功,幫助研發(fā)者快速開展實(shí)驗(yàn)。
 
 

 參考文獻(xiàn)
 1. Lei W, Xie M, Jiang Q, Xu N, Li P, Liang A, et al. Treatment-related adverse events of chimeric antigen receptor T-cell (CAR T) in clinical trials: a systematic review and meta-analysis. Cancers (Basel) (2021) 13(15):1–25. doi: 10.3390/cancers13153912
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9. Morris EC, Neelapu SS, Giavridis T, Sadelain M. Cytokine release syndrome and associated neurotoxicity in cancer immunotherapy. Nat Rev Immunol (2022) 22(2):85–96. doi: 10.1038/s41577-021-00547-6

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