实体瘤：免疫细胞治疗的下一片新大陆

在过去的十年中，癌症治疗领域取得了突破性进展。嵌合抗原受体T细胞疗法CAR-T是最有前途的新疗法之一。在CAR-T细胞疗法显示出治疗血癌的潜力后，科学家们将注意力转向了一个更复杂的对手：实体瘤。这篇文章将解释什么是CAR-T细胞疗法，为什么征服实体瘤是一个如此具有挑战性的目标，以及研究人员如何使用先进的体外模型来获得更接近人类的CAR-T细胞的疗效评估方案。CAR-T细胞疗法自体CAR-T细胞疗法的核心是一种免疫疗法，它可以改变患者自身的免疫细胞，以更有效地识别和杀死癌症细胞。这是通过添加一种名为嵌合抗原受体CAR的受体基因来实现的，该受体旨在识别特定的肿瘤抗原。这些经过改造的细胞返回患者体内发挥其作用，它们会捕食并杀死体内的癌症细胞。

截至2023年12月初，随着合源生物的纳基奥仑赛注射液的上市，中国已有四种CAR-T细胞疗法正式商业化，成为全球推出的第九种CAR-T疗法。这些CAR-T用于治疗血液癌症，包括白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤。临床实践证明，这些疗法对传统疗法几乎没有反应的难以治疗的患者非常有价值。然而，这些血液系统恶性肿瘤仅占所有癌症病例和死亡的一小部分。大约90%的癌症是实体瘤。然而，到目前为止，将CAR-T细胞治疗应用于实体瘤仍存在重大挑战。

实体瘤CAR-T疗法面临的挑战死亡率高、耐药性强的实体瘤，包括肺癌、乳腺癌、结直肠癌和胰腺癌，是免疫治疗希望攻克的主要对象。然而，异质性实体瘤环境的相对复杂性导致了与血液学癌症不同的免疫疾病。存在许多挑战，但其中一些挑战集中在：
选择性转运和迁移对于血癌，免疫疗法在癌症细胞所在的同一区域起作用，即循环系统。但对于实体瘤来说，循环系统只是药物到达靶器官的开始。免疫细胞进入血液后，必须选择性地从肿瘤部位的血管中运输出来，然后迁移到肿瘤组织中。这是一个具有挑战性但至关重要的过程，因为CAR-T细胞必须以足够数量到达肿瘤，才能有效杀死癌症细胞，同时避免攻击健康组织。
肿瘤抗原异质性在血液肿瘤中，抗原表达相对稳定和统一。然而，与之形成鲜明对比的是，实体瘤的抗原表达表现出显著差异，无论是在单个肿瘤内还是在患者之间。这意味着靶向特定抗原的CAR-T细胞疗法可能只攻击肿瘤的某些部分，而其他部分则不受影响。这也可能需要更个性化或多抗原靶向的CAR-T方法。肿瘤微环境（TME）实体瘤周围是一个独特的细胞和化学环境，抑制性免疫细胞、免疫检查点和细胞因子在其中创造了一个对免疫细胞（包括CAR-T细胞治疗）不利的自然环境。这意味着一旦CAR-T细胞到达肿瘤，它们就会被TME中的免疫抑制因子迅速抑制或失活，从而阻碍它们有效消灭癌症细胞的能力。

为什么需要人类生理相关度高的模型？
尽管科学家们对开发CAR-T细胞治疗实体瘤的热情很高，但由于上述挑战，实体瘤CAR-T疗法获批上市仍有很长的路要走。克服这些挑战的一个主要限制因素是缺乏临床前研究模型，而这种模型能够充分再现CAR-T细胞在人体内必须经历的复杂过程，从而发挥疗效。研究人员开发免疫疗法所依赖的模型主要分为两类：体外模型和动物模型。二维细胞模型通常包括在静态培养皿中培养肿瘤细胞系或患者来源的类器官，其中CAR-T细胞可以直接应用于肿瘤细胞以评估杀伤效果。然而，这些模型只能让研究人员评估CAR-T细胞的终点，而完全忽略了CAR-T细胞的运输和迁移过程。
动物模型仍然是临床前免疫治疗测试的重要工具，为当前血液肿瘤CAR-T细胞治疗市场做出了重要贡献。一个例子是患者来源的异种移植模型PDX，其中人类患者来源的肿瘤被植入免疫缺陷小鼠。然而，虽然动物模型可以更全面地了解免疫疗法的有效性，允许静脉注射CAR-T细胞，并且可以像在人体中一样被输送到肿瘤中。然而，它们的反应存在物种差异，它们对复杂免疫反应的模拟存在天然缺陷，并且它们在肿瘤免疫疗法评估中的应用带来了很大的局限性，这限制了它们成功转化为人体临床反应。

实体瘤：细胞免疫疗法的发展为了充分发挥CAR-T细胞疗法在实体瘤中的潜力，就必要在尽可能靠近人体的环境中研究候选疗法的行为、疗效和挑战。
器官芯片技术可以提供一个有价值的解决方案。器官芯片是一种能够模拟人体血管化器官的结构、功能和生理反应的微生理系统。它们提供了一个近似人体组织-组织界面、流体流动和机械力的动态平台，从而创造出一种环境，使CAR-T细胞能够更准确地反映人体的环境中进行研究。

最近，该技术已被用于研究CAR-T细胞治疗在非小细胞肺癌（NSCLC）模型中的疗效。通过共培养非小细胞肺癌细胞系和肺特异性血管内皮细胞，研究人员能够在体内模拟CAR-T细胞的效应过程。在芯片的血管内皮层应用免疫细胞治疗后，就像体内静脉注射一样，研究人员观察到CAR-T细胞如何粘附在血管上，迁移到含有肿瘤细胞的通道，然后表现出抗原依赖性杀伤癌症细胞。通过成像和流出物分析，他们可以量化CAR-T细胞的迁移和杀伤能力，以及衰竭标记物的水平。他们还在芯片上模拟了一种常见的联合治疗方案，即在施用CAR-T细胞的同时使用细胞因子辅助治疗。结果表明，CAR-T细胞向实体瘤细胞系位点的迁移得到改善。随着Emulate器官芯片技术的普及，免疫疗法公司可能会加快实体瘤CAR-T细胞疗法的成功开发。

结论:实体瘤仍然给CAR-T细胞治疗研究人员带来许多挑战，包括CAR-T细胞的有效运输、迁移和浸润，以及克服恶劣的肿瘤微环境。
当研究人员希望克服这些障碍时，器官芯片等先进的细胞模型技术可以对CAR-T细胞的疗效提供更像人类的预测性评估，从而提高从临床前测试到临床成功的转化率。目前，全球有许多CAR-T细胞疗法正在开发中，研究人员有希望将CAR-T细胞的应用范围扩大到血癌之外，进入更难治疗的实体瘤领域。