细胞治疗的进展为癌症等之前难以治愈的疾病带来了希望。2020年,全球细胞治疗市场规模约为78亿美元。然而,治疗性细胞目前主要通过手术移植或注射等方式来递送。这些方法是侵入性的,带来疼痛不适,具有潜在感染风险并且需要经验丰富的专业人员来实施。此外,当前溶液样细胞疗法制剂的存储和运输也是困难的。


5月3日,香港城市大学的徐臣杰教授课题组在Nature Biomedical Engineering上发表文章,报道他们开发了新一代微针技术,能以微创的方式在皮内递送活细胞。研究表明,利用这项突破性的技术接种治疗性细胞,可在小鼠体内引发针对肿瘤的强大免疫反应,为开发易于使用的细胞疗法和其他针对癌症及其他疾病的疗法铺平了道路。


香港城市大学开发了新一代微针技术:高效递送DC疫苗,显著延缓肿瘤生长


来源:Nature Biomedical Engineering


新技术“冷冻微针”是一种短于1mm的冰冻微针,可以将治疗性细胞递送进皮肤层。“这是一种类似皮肤贴片的装置,可以装载,储存和皮内递送活的哺乳动物细胞。”徐博士解释说。


香港城市大学开发了新一代微针技术:高效递送DC疫苗,显著延缓肿瘤生长


使用冷冻微针进行细胞透皮给药的示意图。装载细胞的冷冻微针(上图),很容易渗透进皮肤表皮(左下图)。当冷冻微针融化时,装载的细胞被释放出来(右)。释放的细胞随后迁移、增殖、分泌特定的细胞因子并与皮肤中的其他局部细胞相互作用(展开图)。(来源:Nature Biomedical Engineering)


将这些携带活细胞的贴片状装置放在皮肤上,微针将穿透皮肤,从贴片底座脱离,然后融化。荷载的细胞被释放,随后迁移并在皮肤内增殖。这种创新装置可以在冰箱中储存数月,运输和使用也很容易。


在小鼠实验中,由冷冻微针递送的细胞能保持其活性和增殖能力。


香港城市大学开发了新一代微针技术:高效递送DC疫苗,显著延缓肿瘤生长


从低温保存环境(−196 °C、液氮)中取出的冷冻微针释放细胞的存活和增殖能力。(来源:Nature Biomedical Engineering)


冷冻微针的一个潜在临床应用是用于癌症免疫治疗的树突状细胞(DC)疫苗的皮内递送。在医院,DC疫苗方案包括重复循环的患者血液采集和DC生产,整个过程耗时且成本高昂,并且DC质量存在批次间差异。相比之下,使用冷冻微针的DC疫苗接种仅需一次性采血和DC生产,然后将其作为即用型等量样本包装在冷冻微针中。该过程将显著提高DC疫苗接种的实用性。DC疫苗的皮内给药途径已被广泛认为优于其他给药途径,具有更强的肿瘤特异性免疫应答和更少的副作用。


作为概念验证,研究人员通过皮内递送卵清蛋白脉冲的DC探索了基于细胞的癌症免疫疗法。在具有皮下黑色素瘤肿瘤的小鼠中,用该装置接种治疗性细胞引发了优于常规接种方法(如皮下和静脉内注射)的治疗结果,产生了更高的抗原特异性免疫应答并显著延缓肿瘤生长(见下图)。


香港城市大学开发了新一代微针技术:高效递送DC疫苗,显著延缓肿瘤生长


来源:Nature Biomedical Engineering


虽然该研究选用DC疫苗作为概念验证,但冷冻微针还适用于包装其他类型的治疗性细胞。例如,装载黑色素细胞的冷冻微针可用于治疗白癜风,装载干细胞的冷冻微针可用于促进皮肤再生。除哺乳动物细胞外,冷冻微针还可用于递送益生菌或噬菌体,用于治疗局部感染。最后,与其他类型的微针类似,冷冻微针还可以携带生物活性治疗剂,包括蛋白质、肽和疫苗。由于低温制造程序,冷冻微针可以最大限度地保留这些治疗剂的生物活性。


目前,香港城市大学已提出该研究的一项专利申请。当然,该技术还有一些转化方面的问题需考虑,例如1)冷冻微针的材料需符合美国FDA的标准;2)冷冻微针需在无菌条件下制造,现有低温灭菌方法的可行性值得评估;3)该技术细胞容量有限,如果需要大量细胞来诱导有效的治疗结果,则这是一个关键问题。它可以通过施用多个贴片来解决,但这可能会降低患者的依从性。另一种解决方案是通过重新设计具有更大尺寸的冷冻微针或调整微针阵列来增加贴片的细胞容量。


总的来说,该研究成果开启了微针在细胞治疗领域的应用全新时代,为细胞治疗提供了一种简便、安全、高效和微创的策略。徐博士表示:“希望这种技术能够为临床上的疗法递送提供一种易于使用且有效的替代方法。”


文章来源: 医药魔方

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