中国科学家日前公布了一项在实验室批量生产强效抗癌免疫细胞的突破性方法。通过改造脐带血中的早期阶段干细胞——而不是试图修改成熟的自然杀伤细胞——他们创造了一个简化的流程，可以生成数量巨大、高度有效的自然杀伤细胞，包括旨在精准攻击特定癌症的配备嵌合抗原受体的自然杀伤细胞。
NK细胞在人体对抗病毒和癌症的早期防御以及其他免疫功能中发挥着关键作用。由于其天然具有检测和摧毁异常细胞的能力，它们成为癌症治疗中一种有吸引力的工具。在嵌合抗原受体(CAR)-NK疗法中，科学家为NK细胞配备一种实验室设计的受体（一种CAR），使其能够识别癌细胞上的特定标记，从而更精确地攻击它们。
传统的CAR-NK方法通常依赖于从外周血或脐带血等来源收集的成熟NK细胞。这种方法存在若干障碍，包括细胞间的广泛差异性、基因修饰过程中的效率限制、生产成本高以及制备周期长。
源自脐带血的干细胞源性NK细胞
中国科学院动物研究所王金勇教授领导的研究团队开发了一种不同的方法。研究人员不是对成熟的NK细胞进行修饰，而是从脐带血中获取CD34+造血干/祖细胞(HSPC)开始。他们利用这些早期阶段的细胞生成了诱导（即实验室生成的）NK（iNK）细胞以及经过CAR工程改造的iNK（CAR-iNK）细胞。
该研究成果发表于《自然·生物医学工程》杂志。
早期利用脐带血来源的CD34+ HSPC制备NK细胞的努力面临着效率低和细胞功能不成熟的问题。为解决这些限制，该团队将基因工程步骤提前到更早的发育阶段，直接在CD34+ HSPC阶段进行操作。该策略结合了CAR转导、祖细胞的大量扩增以及引导其向NK细胞谱系定向分化。
三步扩增与分化流程
研究人员采用了一个三阶段系统。首先，他们在经辐照的AFT024饲养层细胞的辅助下，扩增CD34+ HSPC（或CD19 CAR转导的HSPC）。在14天内，细胞数量扩增了约800到1000倍。
接下来，将扩增后的细胞与OP9饲养层细胞共培养，以形成人造造血器官样聚集体，这种结构支持高效的NK细胞谱系定向和发育。
在最后阶段，已定向分化为NK细胞的细胞被进一步成熟和扩增。该过程产生了高纯度的、表达内源性CD16的iNK或CAR-iNK细胞。
单个干细胞产生海量细胞输出
研究团队发现，单个CD34+ HSPC可以产生多达1400万个iNK细胞或760万个CAR-iNK细胞。研究人员估计，理论上，一份典型脐带血单位的五分之一就足以产生数千甚至数万剂治疗所需的细胞量。
另一个重大改进是大幅减少了CAR工程改造所需的病毒载体用量。与通常修饰成熟NK细胞所需的量相比，该方法使用的病毒载体量仅约为其1/140,000（培养至第42天时）至1/600,000（培养至第49天时）。
在白血病模型中显示出强大的肿瘤杀伤能力
在实验室测试中，iNK和CAR-iNK细胞均展现出强大的肿瘤杀伤能力。在人B细胞急性淋巴细胞白血病(B-ALL)的细胞系来源异种移植(CDX)和患者来源异种移植(PDX)小鼠模型中，CD19 CAR-iNK细胞减少了肿瘤生长并延长了动物的生存期。
据研究人员称，这种新方法不仅提高了生产iNK和CAR-iNK细胞的效率，而且显著降低了CAR工程改造的成本。
该研究获得了中华人民共和国科学技术部、国家自然科学基金委以及其他资助来源的支持。