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      Carl H. June最新發文:癌癥免疫療法的新型遞送平臺
      時間:2019年02月13日點擊: 加入收藏 】【 字體:

            免疫療法已經改變了治療癌癥的范例,這些療法旨在提高抗腫瘤免疫反應,以通過自然機制攻擊癌細胞,減少脫靶(off-target)效應,有別于化療和其他直接殺死癌細胞的藥物。因此被認為是一種治療甚至治愈某些類型癌癥的有前景的策略。


            近日,賓夕法尼亞大學的CAR-T大牛Carl H. June作為作者之一,在Nature Reviews Drug Discovery探討了癌癥免疫療法存在的挑戰,以及可能促使其更安全有效的新型遞送策略。


      癌癥免疫療法的新型遞送平臺



      癌癥免疫療法的分類


            第一種商業化的癌癥免疫療法是細胞因子干擾素-α(IFNα)的重組形式,其在1986年被美國食品和藥物管理局(FDA)批準用于毛細胞白血病。一些接受治療的患者在早期臨床試驗中經歷了部分緩解,但由于IFNα的治療持續時間短,很快被嘌呤類似物替代為毛細胞白血病的一線治療藥物。


            此后不久,重組白細胞介素-2(IL-2)作為癌癥免疫療法被研究,并于1992年被FDA批準用于轉移性腎癌,1998年被批準用于轉移性黑素瘤。 最初,人們對IL-2治療擁有極大的熱情,因為它的使用促使了一些患者的持久完全反應。然而,由于IL-2的半衰期短,需要高劑量,這導致嚴重的副作用,包括細胞因子釋放綜合征和血管滲漏綜合征等。


            盡管這些療法的早期臨床研究很有希望,但在21世紀初,癌癥免疫治療領域的進展停滯不前,這在很大程度上歸因于許多疫苗臨床試驗的失敗。


      第一次成功的治療性癌癥疫苗,sipuleucel-T(一種自體樹突狀細胞療法),于2010年被FDA批準用于前列腺癌,但其臨床轉化受到生產復雜性和其他問題的阻礙。


            此后不久,先驅檢查點抑制劑ipilimumab,一種靶向細胞毒性T淋巴細胞抗原4(CTLA4)的單克隆抗體(mAb),于2011年被批準用于晚期黑色素瘤。


            在過去幾年中,新的免疫療法 - 包括針對程序性細胞死亡蛋白1(PD-1)或其配體PD-L1的其他檢查點抑制劑mAb,以及第一個嵌合抗原受體(CAR)T細胞療法 - 已經開發并批準用于臨床。ipilimumab和CAR-T細胞療法的出現是癌癥免疫療法的一個轉折點,權威期刊Science強調了癌癥免疫療法是2013年十大科學突破的榜首。


            目前有十幾種免疫療法被批準用于癌癥治療,還有更多的免疫療法正在進行臨床試驗。這些免疫療法分為幾類,包括檢查點抑制劑、淋巴細胞活化細胞因子、CAR-T細胞和其他細胞療法、抗共刺激受體的激動性抗體、癌癥疫苗、溶瘤病毒和雙特異性抗體。


      癌癥免疫療法的新型遞送平臺

      部分FDA批準的癌癥免疫療法(圖片來源:Nature Reviews Drug Discovery



      療效與安全性的挑戰


            盡管取得了這些重大進展,但免疫療法的臨床應用仍面臨著與療效和安全性相關的若干挑戰。以更安全,更可控的方式施用癌癥免疫療法,可以將治療潛力擴展到更廣泛的患者群體,并且還可以減少毒性。特別地,改進的遞送技術可以增加病變組織內免疫療法的積累,使得能夠更有效地靶向期望的腫瘤和/或免疫細胞,并減少脫靶的副作用。


      • 就療效而言,只有部分患者對免疫治療有反應,并且很難預測。


            由此,人們熱衷于對開發基于癌細胞生物標志物表達的患者特異性免疫療法以及評估聯合治療策略以提高反應率。


            許多實體腫瘤中的微環境對所有免疫治療類別的廣泛實施提出了挑戰。例如,實體瘤的微環境可分為免疫學上的“熱”(高免疫原性)或“冷”(低免疫原性),它們分別在腫瘤空間內具有高或低水平的細胞毒性淋巴細胞浸潤。微環境組成的這一關鍵差異表明,具有高免疫原性的腫瘤對檢查點抑制劑的反應強于免疫原性低的腫瘤。因此,可以利用遞送技術來調節冷腫瘤中的免疫原性。


            近幾年,幾種免疫療法,包括用于檢查點封鎖的活化細胞因子和單克隆抗體,已被FDA批準用于實體瘤治療。值得注意的是,CAR-T細胞療法尚未被FDA批準用于實體腫瘤,但研究人員正在開發對實體腫瘤細胞具有高度特異性的CAR-T細胞。


      • 就安全性而言,免疫療法可以誘導自身免疫副作用,導致對健康組織的攻擊。


            檢查點抑制劑、細胞因子和激動性抗體具有類似的遞送挑戰。這些療法的成功依賴于它們與靶蛋白的相互作用。其使用的一個主要障礙是產生大量的自身免疫力,限制允許給藥劑量。許多免疫療法引起細胞因子釋放綜合征和血管滲漏綜合征,導致嚴重的低血壓、發熱、腎功能不全和其他潛在致命的不良反應。


      出于這個原因,這些療法的遞送技術應實現靶向和控制釋放,限制藥物暴露于特定組織來降低免疫療法的全身毒性,最小化脫靶效應。



      新型遞送平臺



            目前,正在開發用于免疫療法的新型遞送平臺,包括納米顆粒、植入物、支架、生物材料和基于細胞的平臺。一些材料,包括脂類、聚合物和金屬,已被利用來開發遞送技術。與單獨的治療藥物相比,遞送平臺提供了許多益處:


      • 首先,它們可以設計成保護治療性貨物,直到被輸送到靶細胞;

      • 其次,如果遞送系統響應于諸如pH、光或超聲波的刺激,則遞送系統可以實現對治療的時空控制,從而保持貨物無活性直至其積聚在靶細胞內;

      • 最后,諸如植入物的遞送平臺用已經開發用于藥物的局部化、受控遞送,并且已經開發了細胞療法以最小化與全身給藥相關的毒性。


      癌癥免疫療法的新型遞送平臺

      癌癥免疫療法遞送策略的特征(圖片來源:Nature Reviews Drug Discovery


            幾十年來,人們一直認為向腫瘤選擇性納米藥物可以利用高通透性和滯留(enhanced permeability and retention, EPR)效應 - 其特征在于腫瘤血管比正常血管對大分子的滲透性更強,并且由于淋巴清除不良導致大分子的保留。盡管EPR效應在實體腫瘤的臨床前模型中顯著,其表現出滲漏的脈管系統并且也在人類中觀察到,但仍然不清楚它在癌癥患者中的治療潛力,并且在臨床試驗中研究的大多數納米治療劑未顯示出超過常規化療的實質性益處。


            一項對117項納米醫學遞送的研究進行的薈萃分析顯示(其中一些研究依賴于EPR效應或癌細胞的主動靶向),表明只有0.7%(中位數)的納米顆粒到達腫瘤。磁共振成像(MRI)或正電子發射斷層掃描(PET)研究評估EPR效應在腫瘤中的作用揭示了患者之間、個體患者腫瘤之間的實體腫瘤通透性的高度可變性。這些發現證明理解腫瘤的物理微環境及其滲透性的重要性,有助于最佳地設計用于腫瘤穿透和攝取的遞送系統。


      癌癥免疫療法的新型遞送平臺

      癌癥納米醫學的范例(圖片來源:Nature Reviews Drug Discovery)


            不同的給藥途徑可以影響遞送技術的治療功效。例如,使用腫瘤內注射或可植入支架的局部遞送可導致腫瘤中藥物的更高積累,但對于不易接近的腫瘤可能不可行。因此,在評估特定類型癌癥的免疫療法的遞送技術時,給藥途徑是重要的考慮因素。


            目前,還在探索局部遞送技術,例如可注射水凝膠、可植入生物材料和微針等。



      納米顆粒


      • 基于納米顆粒的免疫療法遞送至血液中的腫瘤浸潤性免疫細胞,而不是直接靶向腫瘤細胞,是改善腫瘤中免疫治療定位和刺激抗腫瘤反應的潛在有吸引力的手段。


      • 利用在脈管系統內發生的受體-配體相互作用將基于免疫治療劑遞送至內源性免疫細胞,然后內源性免疫細胞可以遷移到腫瘤中以遞送治療劑。


      • mRNA疫苗是用于癌癥免疫療法的有希望的平臺,然而,其應用受到不穩定性和低效的體內mRNA遞送的限制;陽離子脂質納米顆粒候選物已經在黑色素瘤患者中顯示有希望的免疫反應。


      • 雖然利用陽離子脂質的方法具有很好的效果,但它們既有毒又有免疫原性,為了克服陽離子脂質用于基于mRNA的免疫療法所面臨的挑戰,可電離的脂質類材料已被設計成減少毒副作用,同時保持其轉染特性。臨床前研究顯示,可電離脂質納米顆??梢愿纳苖RNA疫苗的傳遞并誘導強大的免疫反應。



      生物材料:局部免疫治療控釋技


            雖然免疫調節抗體可以誘導強大的抗腫瘤免疫反應,但這些藥物的全身遞送可以誘導細胞因子釋放綜合征和肝功能異常。為了最大限度地減少組織外的影響,已經設計了用于體內局部和持續釋放的遞送系統。


      癌癥免疫療法的新型遞送平臺

      用于局部遞送癌癥免疫療法的生物材料(圖片來源:Nature Reviews Drug Discovery


      植入式生物材料

            基于樹突狀細胞的疫苗,通過離體分離和激活樹突細胞并將它們重新引入患者來改善對癌癥的免疫應答,以便它們可以進入淋巴結并將抗原呈遞給初始T細胞,隨后擴增并引發抗腫瘤反應。然而,這些疫苗需要在體外對細胞進行復雜的修飾,大多數注射的細胞在移植后死亡。


            為了克服這個問題,植入式生物材料已經被用于癌癥治療,它提供了一種物理結構來吸引樹突狀細胞進行原位免疫治療。在這些系統中,聚合物支架用作藥物遞送裝置,控制生物活性分子在空間和時間的遞送以募集樹突狀細胞并誘導其增殖。腫瘤抗原也可以固定在這些基質上,使它們能夠作為抗原呈遞結構,其中樹突細胞被募集、激活,負載抗原并被釋放。


      可注射支架

            植入式支架需要用到侵入性外科手術,這提出了后勤挑戰。


            因此,還設計了無需手術植入、可以通過注射給藥的支架,例如藻酸鹽水凝膠,明膠和中孔多孔二氧化硅微粒的材料,以產生局部免疫原性環境,在體內募集、激活和釋放免疫細胞。這些材料都是高度可變形和自組織。盡管該策略避免了與手術植入相關的風險,但注射材料的生物降解和安全性將有待進一步研究。


      可注射水凝膠

            作為二氧化硅的可生物降解替代品,已經設計了可注射的原位形成水凝膠,以局部遞送免疫療法和化學療法的組合。


            在一項研究中,可注射聚(乙烯醇)(PVA)水凝膠網絡被設計為響應于活性氧物質,這些物質在腫瘤微環境中高水平存在。預計該策略可以改善具有低免疫原性的癌癥的治療結果。此外,該技術可以避免與全身施用的檢查點抑制劑或化學療法相關的毒副作用。


      基于微針的透皮給藥

            雖然已經批準了針對CTLA4或PD-1的全身給藥的檢查點抑制劑用于治療黑素瘤,但是相當大比例的患者對治療沒有反應。例如,對抗PD-1 mAb nivolumab的客觀反應率約40%。


            微創透皮遞送系統能夠以受控方式直接在疾病部位持續釋放抗PD-1mAb,從而最小化所需劑量。這些傳遞系統由可降解的微針貼片組成,可以無痛地穿透皮膚到達富含免疫細胞的表皮,以提供免疫治療。


      微針通常由可生物降解的聚合物(如透明質酸)構成,并且裝有含有抗-PD-1的pH敏感納米顆粒。在溫和的酸性腫瘤微環境中,pH敏感的抗PD-1納米顆粒釋放以局部激活免疫系統以攻擊癌細胞。


      基于微針的透皮給藥系統為局部免疫治療提供了高度模塊化的方法,利用生物和遠程觸發的刺激來控制藥物釋放。下一步,研究還需評估貼劑內治療劑的生物利用度以及遞送系統的生物相容性。



      T細胞療法遞送技術



      癌癥免疫療法的新型遞送平臺

      T細胞療法遞送技術(圖片來源:Nature Reviews Drug Discovery


      治療佐劑的遞送

            過繼性T細胞療法的主要限制是移植細胞的活力和功能在施用后迅速下降。因此,這種基于細胞的療法需要同時施用佐劑藥物以最大化細胞的功效和性能。然而,這些藥物需要以高劑量全身給藥,導致許多毒副作用。


            為了克服這些障礙,現在正在探索由納米顆粒、支架或兩者的組合組成的遞送技術。例如,載有治療佐劑的納米顆粒,其與供體T細胞的表面化學綴合,作為刺激移植細胞和最小化全身副作用的手段。這種方法高度模塊化,適用于提供一系列免疫刺激藥物,并實現長期釋放。


      通過DNA納米載體進行原位T細胞工程

            為了克服在體外產生大量過繼性T細胞所需的復雜程序和高成本,正在開發用于原位工程T細胞的遞送技術。


            作為體外基因工程的替代品,納米顆粒平臺被設計用于重新編程循環中的T細胞。該平臺被設計成靶向并進入小鼠血流中的T細胞,然后將CAR基因遞送到T細胞核中。利用基于聚(β-氨基酯)(PBAE)的納米顆粒將DNA貨物遞送到T細胞的細胞核中,并且進一步用含有微管相關序列和核定位信號的肽進行功能化,以促進CAR編碼DNA的核輸入。


            在臨床前模型中,該平臺的功效與傳統的過繼性T細胞療法相當,沒有觀察到動物存活的實質差異。選擇性地,使用納米顆粒原位工程T細胞可以提供一種實用且低成本的方法,可直接在患者體內設計CAR-T細胞來治療癌癥。未來的研究將需要解決體內編程CAR-T細胞的成本益處是否會超過對無意基因轉移的潛在安全性擔憂。


      基于生物材料的植入物

            除了全身性給藥途徑外,還研究了基于生物材料的策略,以便將過繼性T細胞局部遞送至實體腫瘤。


            雖然過繼性T細胞療法已經為幾種類型的癌癥(包括黑色素瘤和血液系統惡性腫瘤)產生了有希望的結果,但成功將T細胞靶向大多數實體癌癥仍然具有挑戰性。這些療法部分地受到T細胞向腫瘤的低效遷移和免疫抑制性腫瘤微環境中的T細胞擴增缺失的影響。


            因此,局部遞送T細胞至腫瘤微環境并增加其增殖的技術,將有望增強免疫療法在實體瘤中的療效。最近,已經研究了聚合物支架用于將T細胞局部遞送至腫瘤微環境。除了在腫瘤部位或腫瘤部位附近定位T細胞外,聚合物支架也是有利的,因為它們可以作為儲庫,當材料降解時,T細胞被釋放。


      合成的人工抗原呈遞細胞(aAPC)

            合成的人工抗原呈遞細胞(aAPC)是細胞樣顆粒,T細胞刺激分子與其表面結合,以模擬APC。所得到的信號轉導激活T細胞并觸發抗腫瘤反應。


            與基于細胞的方法相比,aAPC易于生產,并且可以用各種抗原和表面配體穩定地儲存和功能化,用于可調節的免疫療法。 aAPC通常由細胞鱗片(2-10μm)球形顆粒組成,主要包括脂質、磁性分子或聚合物。雖然這樣的aAPC可以在體外激活T細胞,但由于生物利用度差和大尺寸,使用這種方法體內激活T細胞仍然具有挑戰性。


            為了實現體內分離,最近設計了納米級aAPC。


            總的來說,合成的aAPC遞送系統通過在合成顆粒的表面上同時呈遞多個信號以活化體內T細胞,提供了對傳統過繼性T細胞療法的潛在替代方案。這些系統的未來迭代應評估其他物理化學性質的作用,例如顆粒剛性和脂質膜流動性,以進一步優化aAPC-T細胞相互作用。



            ■



            為克服免疫療法臨床轉化所面臨的挑戰,開發的新型遞送平臺具有必要性。如何設計以更好地提高免疫療法的有效性和安全性,并最終改善患者預后,將是這些遞送技術應用于癌癥免疫療法的核心。


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