去核MSC递送生成体内CAR-M:创新的CAR递送系统
近年来,嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法在血液系统恶性肿瘤中取得重大突破,但其在实体瘤中的应用仍面临挑战。与T细胞不同,巨噬细胞具有很强的肿瘤浸润能力和多重抗肿瘤机制,包括吞噬作用与抗原呈递,很多研究团队在积极探索CAR-M的抗肿瘤价值,CAR-M疗法目前正在全球范围内开展临床试验。

多形性胶质母细胞瘤(GBM)是最具侵袭的颅内肿瘤之一,目前尚无有效治疗手段。本月22日,由郑州大学Jinjin Shi团队发表在PNAS的文章《In vivo generation of CAR macrophages via the enucleated mesenchymal stem cell delivery system for glioblastoma therapy》通过基因工程改造胶质瘤相关小胶质细胞/巨噬细胞(GAM)原位生成CAR-M,成功延长了GBM原位小鼠模型的中位生存期,并逆转了肿瘤免疫抑制微环境。这一研究新性地采用去核间充质干细胞(eMSC)作为载体,保留的肿瘤归巢能力介导质粒靶向运输至胶质瘤组织;随后,去核诱导的程序性凋亡进一步促进GAM对eMSC的主动识别,从而驱动质粒二次递送入GAM,实现CAR-M的原位转染,胶质瘤原位高效生成足量CAR-M,有效地治疗了GBM。此外,该疗法通过增加具有抗肿瘤活性的细胞毒性T细胞和M1型巨噬细胞,显著重塑了肿瘤内的免疫细胞组成。此in vivo CAR-M技术有望为GBM治疗提供新策略。
作者首先构建了包含CD8α茎跨膜区、CD3ζ结构域和抗CD133-scFv结构域的CAR,并在体外制备CAR-M。选择CD133作为CAR靶点,是因为CD133在GBM中高表达并促进胶质瘤细胞转移,且CD133高表达的GBM患者生存预后显著差于低表达组。GL261同源胶质瘤模型小鼠单次瘤内注射5×10⁵个CAR-M后,荧光素酶发光强度监测结果显示,CAR-M治疗组在整个疗程中均表现出显著的抗肿瘤效果。第28天的定量分析表明CAR-M的肿瘤抑制率达86.67%。生存曲线显示CAR-M治疗可显著延长生存期,100天内存活率超过80%。

第29天将瘤内免疫细胞进行流式检测,发现CAR-M疗法促使巨噬细胞向M1型极化,并激活肿瘤微环境中的CD4⁺和CD8⁺ T细胞,同时增加树突细胞(DC)比例。这些结果证实CAR-M输注能重塑肿瘤免疫微环境,增强抗肿瘤疗效。
CAR的构建:装载CAR编码质粒的递送系统
在GBM发生发展过程中,临床前研究揭示胶质瘤浸润性小胶质细胞/巨噬细胞(GAM)在GBM免疫细胞中占很大比例,且与肿瘤分级相关。生物信息学分析GBM患者胶质瘤组织中GAM标志物ITGAM显著高表达,及 TIMER(肿瘤免疫评估资源)算法也验证了GBM中GAM的高浸润状态,这些结果为in vivo CAR-M的实施提供了实验基础。
基于此,Shi团队构建了以去核MSC为载体、装载CAR编码质粒的递送系统。在胶质瘤存在的情况下,携带CAR编码质粒的去核MSCs能主动靶向瘤内GAM,将CD133特异性CAR基因导入GAM细胞核,从而抑制肿瘤生长。

去核MSC实现肿瘤中GAM的精准靶向
接下来Shi团队针对装载CAR编码质粒的去核MSC递送系统的靶向精准性和安全性进行了验证。实验采取细胞松弛素B处理小鼠脂肪源性间充质基质细胞(MSCs),通过Ficoll梯度超速离心获得eMSC。形态学观察显示获得的eMSC可贴壁生长;肌动蛋白红色荧光标记(Actin-Tracker Red-555)显示完整细胞骨架;DAPI核染色证实胞浆内无细胞核残留;透射电镜(TEM)进一步验证了去核成功。值得注意的是,eMSC体积显著小于完整细胞(,但保留了高尔基体、内质网、线粒体、溶酶体和内体等关键细胞器,且维持与亲代MSCs相近的Zeta电位。WB实验验证eMSC仍保留CD105和CXCR4的表达;此外,eMSCs表面P-选择素糖蛋白配体1(PSGL-1)在去核后24小时内保持稳定表达并能与P/E-选择素特异性结合,说明其表面PSGL-1具有功能活性。以上结果表面eMSC保留关键细胞结构的同时还具有定向趋化迁移能力和内皮细胞粘附功能,这些特性为其精准递送奠定了基础。
下一步,作者探究了静脉注射的eMSC是否能在体内定向归巢至胶质瘤组织。通过DiD标记eMSC,利用活体光谱成像系统(IVIS)追踪其在胶质瘤模型小鼠体内的分布动态,发现eMSC在脑部高效富集,脑内荧光信号持续增强,48小时达到峰值。与MSC细胞相比,eMSC在所有时间点均表现出更强的归巢能力;72小时脑组织切片显示,eMSC实现了胶质瘤内精准定位,与MSC相比,eMSC呈更小的点状分布,且与GAM共定位;其流式的荧光信号时MSC细胞的4倍;其中65%以上被GAM摄取,非免疫细胞摄取率仅10.56±2.03%。
通过CCK-8检测发现,eMSC去核后存活时间约60小时,eMSC最终通过凋亡途径死亡,凋亡相关蛋白Caspase-3/Bax上调、Bcl-2下调。

这些发现共同证明:eMSC通过自发归巢至胶质瘤部位后,由核缺失触发的凋亡过程可实现GAM的精准靶向,为后续质粒递送奠定基础。
eMSC系统在原位颅内GBM模型中的抗肿瘤疗效
递送效率比较
高效非病毒基因递送载体,(39)。本研究采用优化脂质配比制备的脂质纳米颗粒(LNP)作为LNP/pCAR作为对照,LNP因其体内高转染效率已成功应用于基因治疗临床。动态监测脑内信号发现,eMSC/pCAR组:12小时脑部信号显著,48小时持续增强,对照组12小时到达峰值后逐渐衰减,72小时与肿瘤信号共定位,eMSC/pCAR组荧光强度是对照组的3倍。
治疗方案与效果评估
在GL261原位胶质瘤模型中,联合递送pCAR与高活性piggyBac转座酶(iPB7),通过eMSC/pCAR在体内重编程瘤周GAM表达CD133靶向CAR。体内生物成像显示eMSC/pCAR组抗肿瘤效果最强,显著优于对照组;H&E与TUNEL染色显示eMSC/pCAR组肿瘤损伤和细胞凋亡最显著;CD133⁺肿瘤细胞平均荧光强度降低,靶点清除明显,Ki67染色提示体内增殖显著被抑制;生存获益方面,eMSC/pCAR组中位生存期延长至57天(PBS组36天);治疗20天内小鼠体重稳定,而其他组迅速下降。

作者后续将eMSC/pCAR联合CD47阻断疗法,解除免疫抑制,协同增强吞噬效果,进一步提升了肿瘤治疗作用,在此不再阐述,有兴趣的伙伴可以查看原文了解更详细的内容。
该研究基于胶质瘤微环境中GAM的高占比特性采用in vivo原位生成CAR-M,创新性地利用去核MSC载体将CAR质粒定点递送到肿瘤浸润的巨噬细胞,保留趋化功能但消除转录风险,与传统的LNP相比原位CAR-M生成量提升5倍。eMSC/pCAR靶向CD133直接清除肿瘤细胞,CD47阻断解除免疫抑制,协同增强吞噬效果,为GBM的治疗提供了高效性与安全性的全新策略。该技术平台也为其它巨噬细胞相关疾病治疗提供了思路如:自身免疫性疾病(系统性红斑狼疮、类风湿关节炎等)以及神经退行性疾病(多发性硬化症),其模块化设计支持快速更换靶向抗原适配不同适应症。
拓展阅读:
文献分享:CAR-T & CAR-NK as cellular immunotherapy for solid tumors
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