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还有多少种T细胞激活的方法?

2025-01-07

原创为:张庆峰 来源于:爱迪尔笔记

T细胞激活平台发展的新兴方法

T细胞要发挥功能就得激活,不激活T细胞就处于静息期。在体内如此,在体外实验中,如果要做转染或者转导,T细胞激活也是必不可少的步骤。只有激活T细胞之后,T细胞处于活跃分裂期,才能将外源基因整合入基因组或者高效表达。

T细胞的激活方式和它的表型与功能也有千丝万缕的关系。Car T中不同的共刺激结构也会对产生不同的影响和疗效。

说到T细胞激活,大多数人能够想到的就cd3cd28磁珠,但其实T细胞的激活方式丰富多彩,远远不仅只有CD3CD28。



这篇文章综述了用于癌症治疗的T细胞刺激平台设计的创新策略。文章重点介绍了基于珠子的人工抗原提呈细胞(aAPCs)、水凝胶基质、DNA基系统及其他聚合物策略和可溶性激活方法等最新进展。这些技术正在扩大针对免疫激活的工具库,旨在增强现有过继T细胞转移疗法的效果,并实现对患者的直接T细胞刺激,从而避免昂贵且操作复杂的体外培养方案。

引言



T细胞激活的三个信号,现在也有人把代谢当成第四个新号。

T细胞是适应性免疫反应的关键调节者,参与直接摧毁外来病原体威胁及病理转化的宿主细胞。自然的T细胞激活过程需要抗原提呈细胞(APCs)与T细胞之间的协调分子相互作用。

T细胞激活的三个信号

·信号1涉及TCR结合到APC上的MHC复合物;

·信号2包括共刺激受体(如CD28)与APC上的共刺激分子(如CD80/CD86)的结合;

·信号3则由细胞因子(il2等)的产生来维持T细胞激活。

由于T细胞激活只能通过APCs介导,而所有有核细胞均表达I类MHC分子,因此任何细胞都可以作为APCs呈递外来抗原刺激CD8+ T细胞(例如病毒抗原)。然而,专业的APCs(如树突状细胞、巨噬细胞和B细胞)表达I类和II类MHC分子以及共刺激分子,以有效传递三个信号给T细胞进行激活。

T细胞激活在细胞治疗中的作用:

1.过继细胞转移疗法(ACT):T细胞激活技术极大地推进了免疫疗法的发展,特别是在过继细胞转移疗法中。这种疗法涉及分离患者的T细胞,通过体外抗原特异性刺激进行扩增,然后重新输回患者体内。

2.增强T细胞功能:通过激活T细胞,可以增强其对疾病的天然防御能力,尤其是在癌症治疗中,激活的T细胞可以直接攻击肿瘤细胞。

3.改善治疗效果:T细胞激活平台能够通过提供必要的共刺激信号来增强T细胞的活性,从而提高治疗效果。

激活剂材料的选择

1.生物相容性:用于T细胞激活的材料必须是生物相容的,以确保它们在体内使用时不会引起不良反应。

2.聚合物和金属:人工T细胞刺激平台通常由生物相容性的聚合物或金属制成,这些材料的独特结构和物理特性可以定制以适应不同的应用。

3.形状和大小的可控性:聚合物珠子和水凝胶等材料的形状、大小、拓扑结构和机械性能可以定制,这对于模拟自然APC和淋巴器官的生理特性至关重要。

4.物理和化学特性的调整:材料的表面化学、硬度、机械性能和生物相容性已被证明对T细胞激活的生物学有显著影响。

5.可降解性:一些聚合物材料如PLGA和PEG,它们是可降解的,这为T细胞激活提供了安全和可转化的递送方式。

6.多功能性:材料的选择还应允许通过多种化学方法进行信号耦合,以实现更精细的控制。

7.仿生学:一些新兴的T细胞激活策略,如基于脂质的aAPCs,通过模仿完整细胞膜来增加灵活性,更真实地再现自然APC表面。

8. DNA和蛋白质材料:DNA和其他聚合物材料也被用于创建具有精确控制拓扑结构和表面功能化的T细胞激活平台。

人工T细胞激活平台的发展

人工T细胞激活就是提供和模拟了T细胞体内天然激活方式的三个信号。



金属纳米颗粒:早期的aAPC技术基于将T细胞激活蛋白偶联到金属纳米颗粒上。铁氧化物纳米颗粒在100-600纳米范围内最有效。虽然金属纳米颗粒不是生物可降解的,但它们为aAPC技术提供了重要的概念验证。Dynabeads是一种常用的金属纳米颗粒,它由磁性聚苯乙烯珠组成,表面偶联有单克隆抗CD3和抗CD28抗体,可以非特异性地刺激T细胞。

聚合物基珠:为了克服金属纳米颗粒缺乏适应性的缺点,开发了新的生物材料策略,允许模仿天然APCs的形状和机械性能。聚合物基珠使用单一或多种不同的单体单元,如PLGA、聚苯乙烯和聚(β-氨基酯),结果可能是球形或椭圆形的纳米或微米级珠。研究发现,纳米级粒子在体内分布更高效,而非球形珠可能提供更生理准确的TCR交互曲率。PLGA和PEG基珠是可生物降解的,使得安全输送成为可能。

基于细胞的仿生aAPCs:受到APC衍生的外泌体观察的启发,出现了新的方法,即使用脂质基aAPCs来模仿完整的细胞膜。工程化的球形单层脂质嵌入T细胞激活蛋白已显示出能激活CD8+ T细胞。最近的进展还包括利用液滴微流控技术发展出细胞大小的微米直径脂质基aAPCs。

水凝胶基平台

-人工T细胞刺激矩阵(aTM):Hickey等人创造了一种新型平台,通过交联硫醇化HA与PEG二丙烯酸酯形成。该平台能够调整刚度,以优化TCR信号传导条件。研究表明,较软的aTM配方更能有效地刺激T细胞增殖。

-人工淋巴结(aLN):Livingston等人开发了一种动态免疫刺激支架,模仿APC和淋巴组织功能。这种支架是一个HA水凝胶,结合了肽负载的MHC复合物、抗CD28和IL-2/抗IL-2抗体复合物,提供三个T细胞激活信号。aLN还通过CD44/HA相互作用提供额外的ECM支持信号,促进免疫学突触形成。

-免疫调节多孔支架:Majedi等人开发了一种可植入肿瘤旁的可生物降解的多孔藻酸盐基水凝胶支架,该支架可以通过呈现激活CD8+效应T细胞的抗体和吸引CD8+效应T细胞的趋化因子,以及释放TGF-β拮抗剂来抑制免疫抑制性调节T细胞(Treg)活性。

其他新兴的T细胞刺激策略



基于DNA的平台:除了上述策略,人工T细胞激活领域还利用新颖材料和支架,通过修改拓扑结构、亲和力和表面功能化来实现强大的、有针对性的免疫细胞扩增。例如,Le等人制造了DNA基粒子,具有多个叶状突起,模仿DCs的长突起,以增加表面积与体积比,从而提高展示效率。这些DNA“微花”在体外优先扩增了CD8+ T细胞,并在体内展示了有效的抗癌活性。

合成DNA支架:Huang等人通过将合成的DNA支架结合到颗粒表面,改进了聚合物颗粒的抗体结合。蛋白质耦合到短互补DNA序列可以直接结合到DNA寡聚体涂层的PLGA/PEG颗粒表面,允许以控制的比例结合多种不同蛋白质。DNA涂层的聚合物颗粒在培养8天后,扩展了初级人类CD4+和CD8+ T细胞,类似于商业可用的Dynabeads,但在长期刺激下表现出显著较低的T细胞耗竭标志物表达。

可溶性T细胞刺激方法:通常认为,如果可溶性配体以溶液形式传递,由于无法正确形成免疫突触,因此无法实现T细胞的持久激活。然而最近开发了一种称为Expamers的T细胞刺激方法,它克服了使用可溶性配体进行细胞激活的限制。Expamers由突变的链霉亲和素(Strep-Tactin)组成的多聚体骨架,通过链霉亲和素亲和标签与抗CD3和抗CD28的Fab抗体片段偶联。

Expamers是一种新兴的T细胞刺激技术,它通过使用可溶性的多聚体结构来激活T细胞。以下是Expamers性能表现的总结:

1.多聚体结构:Expamers由突变的链霉亲和素(Strep-Tactin)组成的多聚体骨架,能够与抗CD3和抗CD28的Fab抗体片段通过链霉亲和素亲和标签共轭。

2.多价结合:当多聚体化时,Expamers能够多价结合到T细胞受体(TCR)和共刺激受体,有效激活T细胞。

3.快速分布:由于是可溶性的,Expamers能迅速在溶液中分布,允许与其他平台相比更快的T细胞激活。

4.精确控制激活时长:通过添加竞争性结合分子如D-生物素,Expamers能够精确控制T细胞激活的持续时间。

5.快速的钙离子流入:在Expamers添加后,通过测量钙离子流(TCR信号传导的下游介质)发现,迅速的钙离子流入可以被D-生物素立即抑制,显示了Expamers在控制T细胞激活速率上的能力。

6.激活和扩增T细胞:在体外传递给原代人类T细胞时,Expamers诱导了强烈且持久的激活和扩增。

7.低T细胞耗竭标记:Expamer扩增的T细胞表现出低水平的T细胞耗竭标记物,如淋巴细胞激活基因3(LAG3)和T细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域蛋白3(TIM3)。

8.基因表达分析:Expamer激活的T细胞在基因表达水平上显示出与激活、分化和效应功能相关的基因高表达水平。

9.抗原特异性T细胞扩增:当抗CD3 Fab被pMHC复合物替代时,Expamers能够选择性扩增抗原特异性的原代人类T细胞群体。

10.适应性:Expamer平台能够适应不同的T细胞刺激分子的表面功能化,使其具有灵活性。

综上所述,Expamers展示了在体外环境中控制T细胞激活和扩增的潜力,并且由于其可溶性和多价性,为T细胞刺激提供了一种新的方法。然而,需要注意的是,Expamers的体内测试和临床应用尚未在文档中提及,这可能是未来研究的方向。

综上所述,随着新材料和技术的发展,人工T细胞激活平台正朝着更加高效、灵活和个性化的方向发展,有望为癌症免疫治疗带来革命性的变化。