西班牙團隊開發了針對癌症患者的3D列印T細胞水凝膠

2020-09-06 白令三維

西班牙領導的研究小組3D列印了一種水凝膠，該凝膠能夠模仿人類淋巴結的行為，並加速癌症患者中T細胞的產生。通過結合基於聚乙二醇（PEG）的聚合物和抗凝肝素，該團隊製造了一種結構，該結構可使T細胞更有效地遷移和增殖。鑑於T細胞具有殺死腫瘤細胞的能力，該研究小組的新材料可以用作新型癌症免疫療法的基礎。科學家已經向歐洲專利局申請了其新型聚合物水凝膠的專利，他們希望在不久的將來將其技術帶入醫院。

研究團隊希望他們的3D列印水凝膠能夠儘快在醫院環境中部署，並已嘗試為其工藝申請專利。圖片來自《生物材料》雜誌。

對3D列印T細胞解決方案的需求
與癌症的化學療法和外科手術治療相反，免疫療法利用患者的免疫系統來防禦致命疾病。癌症可以出現在現有的細胞中，並且能夠逃避免疫系統的反應，但是可以對T細胞進行編程，以鑑定和破壞這種細胞，並獲得不同程度的成功。


然而，基於T細胞的方法面臨挑戰，因為修飾的細胞可能難以製造，操縱和控制足夠大的劑量才能有效對抗癌症。此外，基於腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）的治療方法可以主動尋找並消滅腫瘤，因此迫切需要細胞擴增系統來推動其廣泛採用。先前的研究主要集中於T細胞的體外增殖，但是這些方法未能將人類淋巴結的影響納入考慮範圍。例如，細胞因子CCL21是一種存在於淋巴結中的化學物質，它通過趨化因子受體CCR7與幼稚T細胞相互作用，並增強細胞增殖和遷移。

同時，3D列印的細胞外基質（ECM）通常用於模擬真正的ECM，目的是創造一種鼓勵細胞擴增的滋養環境。除了提供比標準陪替氏培養皿更真實的條件外，還可以使用不同的蛋白質和生長因子定製人造ECM，以增強細胞生長。

顯示過繼性細胞治療過程的簡化圖。圖片來自《生物材料》雜誌。

西班牙研究小組的新穎方法
研究人員結合了CC21、3D列印的基於PEG的ECM和血液稀釋劑肝素的優勢，共同創造了一種ECM，可以重現淋巴結內的狀況。如果成功的話，研究小組的水凝膠可以積極提高CD4 T細胞的增殖能力，同時可以對過繼細胞療法（ACT）的細胞分化進行微調。為了創建他們的ECM水凝膠，西班牙研究小組用一種馬來醯亞胺化學物質對肝素進行了功能化。然後將混合物放置過夜，然後通過透析純化，並與被磷酸鹽緩衝鹽水（PBS）覆蓋的PEG複合物合併。合併後，共價交聯發生，導致凝膠化，最終創造了該團隊的新型水凝膠。


後來製造了重量百分比分別為6％wt，4％wt和3％wt的ECM，隨後的流變表明，每種ECM都需要200-240分鐘才能穩定下來。使用掃描電子顯微鏡（SEM）方法對這三種不同的配方進行了研究，結果揭示了少量PEG與高孔隙率之間的相關性。

進一步的分析表明，觀察到的中值孔徑為55μm，與較厚的基質相比，具有此孔隙率或更低水平的ECM更有利於細胞擴增。結果，3％wt的水凝膠被認為對T細胞聚集和增殖最友好。然後將不同濃度的1 ng / ml，20 ng / ml和100 ng / ml CC21細胞因子添加到ECM混合物中，以評估CD4 T細胞的擴增。

研究人員的測試表明，較高的ECM孔隙率對應較低的細胞增殖速率。圖片來自《生物材料》雜誌。

總結碘化丙啶（PI）的活力測試表明，與異位懸浮狀態相比，T細胞在PEG-ECM中的複製量增加了25％。還發現載有細胞因子的水凝膠可促進效應細胞比例的增加，這意味著將來可以修飾T細胞的組成以增加其對癌細胞的毒性。

研究小組的方法已證明是離體細胞增殖技術的有效替代方法。通過各種評估來鼓勵細胞生長，還證明了將CCL21添加到團隊的水凝膠中。結果，研究人員推測其他化學分子，例如CCL19和IC3D列印-1，可能為需要進一步研究的患者帶來更好的臨床結果。將來，由西班牙領導的團隊認為，他們新穎的基於PEG的水凝膠可在醫院環境中被廣泛採用。研究小組在論文中說：「該支架改善了細胞的增殖並影響了表型，可以在製造人工淋巴結時進一步探索。預計還將加載CCL21的3D PEG-Hep水凝膠與灌注系統和新型生物反應器兼容，以在良好生產規範（GMP）條件下在大型設施中工作。」

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