基因递送系统利用纳米片和电脉冲来设计抗癌免疫细胞

新加坡国立大学（NUS）的研究人员开发了一种可扩展的非病毒技术，可以有效地将遗传物质传递到人类免疫细胞中。该平台名为Nanostraw电驱动转染（NExT），使用微小的中空纳米结构和电脉冲将各种生物分子（蛋白质、mRNA和基因编辑工具）高效且最小程度地插入免疫细胞。

由新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系助理教授Andy Tay以及新加坡国立大学健康创新与技术研究所领导的团队证明，NExT可以在一次运行中转染——即将遗传物质传递到——1400多万个免疫细胞中，包括难以工程化的细胞类型，如γδT细胞、T调节细胞、树突状细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞和中性粒细胞，这些细胞正在被开发为替代免疫细胞疗法。

NExT使基因递送更快、损伤更小，这反过来有助于降低制造成本并提高工程细胞产品的一致性，包括用于癌症嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞疗法的产品。这可能会扩大患者获得目前受高成本和生产挑战限制的先进治疗的机会。

该团队的研究结果发表在《生物材料》杂志上。新加坡国立大学Yong Loo Lin医学院的研究人员也为这一研究突破做出了贡献。

癌症仍然是全球主要死亡原因之一，每年造成近1000万人死亡。近年来出现的最有前景的治疗策略之一是CAR-T细胞疗法，该疗法包括对患者的免疫细胞进行重新编程，以识别、靶向并杀死癌症细胞。这种个性化的方法在治疗血癌方面取得了成功，特别是在那些已经用尽传统选择的人身上。然而，它仍然昂贵且后勤复杂。

2024年8月1日，新加坡卫生部开始为经评估具有临床和成本效益的细胞、组织和基因治疗产品（CTGTP）提供补贴。第一个有资格获得补贴的CTGTP是一种名为tisagenlecleucel的治疗方法，这是一种用于治疗血癌的CAR-T细胞疗法。

“在新加坡，单次CAR-T细胞输注的成本约为67万新元。尽管有补贴，但它们通常只覆盖成本的一小部分。即使需求增长，这也可能限制大量患者获得治疗，”Tay助理教授说。

CAR-T制造的主要障碍之一在于将遗传物质递送到免疫细胞中。目前的行业标准方法包括病毒载体和批量电穿孔。一方面，虽然病毒方法有效，但它们引起了人们对安全性、免疫原性和随机基因整合的担忧。另一方面，依赖高压电脉冲的批量电穿孔会对细胞造成压力和损伤，从而降低其治疗质量。

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新加坡国立大学团队的NExT平台克服了这些局限性。它通过将细胞与密集的纳米丝森林（小于人类头发宽度千分之一的微观中空管）连接来工作。当施加温和的电信号时，纳米丝会打开细胞膜中的临时孔，使mRNA或CRISPR/Cas9复合物等生物分子直接进入细胞质。

“我们的NExT平台可以处理各种免疫细胞类型。这是特别及时的，因为细胞治疗领域扩展到传统的CAR-T方法之外，包括其他细胞类型，”该论文的第一作者、新加坡国立大学博士生Arun Kumar说，由Tay助理教授指导。理想情况下，你想要一个快速、可靠、保持食物新鲜、不花大钱的。Kumar补充道：“这就是基因递送应该是什么样子的——高效、成本效益高，不会对细胞施加太大压力，并且能够适应许多不同的‘顺序’或生物分子。”在临床前实验中，NExT平台在原代t细胞中实现了高达94%的蛋白质转染效率和80%以上的mRNA转染效率，同时保持了增殖、迁移和细胞因子产生等关键生物学功能。“我们非常鼓舞地看到，即使在转染后，免疫细胞也保留了其基本的抗肿瘤特性。”。这表明该平台提供了有效治疗所需的效率和细胞质量，”Tay助理教授说此外，该平台的高通量特性旨在解决细胞治疗生产的规模和成本瓶颈。新加坡国立大学研究人员的多孔版本的平台可以在一次运行中转染1400多万个细胞，从而能够将不同的遗传物质同时输送到来自不同供体的多种免疫细胞类型中，以减少生产时间。

为了实现临床转化，该团队的下一步是在推进人体试验之前在临床前研究中验证该技术。他们还与行业合作伙伴合作，探索如何将该系统集成到现有的细胞治疗制造工作流程中，并积极寻求在现实世界商业环境中测试该平台的机会