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我科學家發(fā)明細胞大小“無人工廠”
发稿时间:2022-11-01 11:23   来源: 科技日報

  “我們發(fā)明了細胞大小的‘無人工廠’,光一照就‘開工’,能讓腫瘤切除手術后的復發(fā)可能性大大降低。”10月31日,華東師范大學醫(yī)學合成生物學研究中心執(zhí)行主任葉海峰告訴科技日報記者,“無人工廠”由合成生物學設計,能夠生產出免疫調控細胞因子,指揮機體清除殘存癌細胞。這一成果近期發(fā)表在《自然·通訊》上。

  腫瘤細胞識別有“盲區(qū)”

  手術切除仍然是實體瘤的主要治療方法,但再精準的手術也不可能把腫瘤細胞清理得“一個不留”。切除后,癌細胞還零星存在,不斷潛逃誘發(fā)新癌變。因此,腫瘤的復發(fā)和轉移成為腫瘤治療領域一直難以攻克的難題。

  “人體的免疫系統(tǒng)對于潛逃的腫瘤細胞存在不敏感、不識別等問題,造成了‘盲區(qū)’。”葉海峰表示,腫瘤細胞的存在是客觀的,但可以通過激活免疫細胞增強機體免疫系統(tǒng)圍剿腫瘤細胞的能力。

  據(jù)介紹,切除腫瘤的同時,輔之以免疫調控的療法,正在成為腫瘤治療的新方案。多種藥物和基于細胞的技術被發(fā)展起來用于增強身體自然免疫系統(tǒng)以對抗癌癥。

  “在人體內實現(xiàn)免疫增強目前來說還是存在風險的,因為難以解決控制的問題,就有過度激活的可能,從而危及生命。”葉海峰表示,信號因子的釋放、遞送等過程都要解決“可控”的問題。最理想的狀態(tài)是,在得到“指令”的時候馬上能生產出“吹哨”因子,指令消失后即可停止,就像工廠里的生產線一樣。

  細胞級“無人工廠”實現(xiàn)光控

  通過程序的設計實現(xiàn)生物學因子精準可控地釋放,是合成生物學的技術優(yōu)勢。但是,用什么控制呢?

  在設計“無人工廠”之初,葉海峰考慮了多種控制的方案。物理信號、化學信號、電信號等都可以作為“指令”的傳遞載體。但當意識到光遺傳學的手段發(fā)展起來之后,光作為“指令”載體的絕對優(yōu)勢讓葉海峰果斷放棄了其他手段。

  “光可以實現(xiàn)遠程、無痕,這樣地優(yōu)勢是無法比擬的。”葉海峰說,與其他信號相比,光信號的非侵入性方式在臨床安全性方面非常可貴,且能夠對細胞活動進行明確的調節(jié)。

  葉海峰團隊發(fā)明的遠紅光控制的免疫調節(jié)工程細胞,解決了三方面的問題,即調控問題、生產問題、自保問題——

  團隊先前開發(fā)了一種基于遠紅光誘導遺傳模塊的光遺傳工具,將這一工具嵌入到活細胞工廠中,解決精準調控問題;

  由于細胞工廠的高擴容能力,研究團隊將多種免疫治療細胞因子(IFN-β、TNF-α和IL-12)均納入生產系統(tǒng),解決“吹哨”因子的裝配和生產問題;

  細胞工廠組裝成功后,還需要前往人體中。免疫系統(tǒng)可能將外來物清除,團隊通過將“細胞工廠”封裝在水凝膠支架中,需要解決自保問題。

  葉海峰說:“分析表明這既能保護細胞不被破壞,也能保障工廠里的‘生產線’在收到光信號后的穩(wěn)定、長期、可調控地生產。”

  在黑色素瘤切除小鼠模型上的實驗也證明了這一點。“細胞工廠”放在手術傷口部位后,遠紅光光照兩小時即可控制表達釋放免疫調節(jié)細胞因子IFN-β、TNF-α、IL-12。

  “這些‘吹哨’因子調動小鼠自身免疫系統(tǒng)殺傷殘余的腫瘤細胞,防止腫瘤復發(fā)和轉移。”葉海峰說,相較于傳統(tǒng)治療方式,工程細胞植入組的小鼠未見腫瘤復發(fā),血清中抗腫瘤相關細胞因子濃度顯著升高,脾臟和外周血中NK細胞、T細胞以及它們的活化細胞占比均顯著升高,中央記憶型T細胞占比顯著升高,且不會發(fā)生免疫系統(tǒng)過度激活。

      編輯:郭成  校對:李志   審核:劉益



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