西班牙研究團(tuán)隊開發(fā)出用于癌癥患者的3D打印水凝膠，促進(jìn)T細(xì)胞產(chǎn)生

2020年9月3日，南極熊從外媒獲悉，西班牙的研究小組已經(jīng)3D打印出一種能夠模仿人類淋巴結(jié)行為的水凝膠，并加速癌癥患者T細(xì)胞的產(chǎn)生。

通過將聚乙二醇(PEG)基聚合物和抗凝血劑肝素相結(jié)合，該團(tuán)隊制造了一種結(jié)構(gòu)，使T細(xì)胞能夠更有效地遷移和增殖。鑒于T細(xì)胞具有殺死腫瘤細(xì)胞的能力，研究小組的新材料可以作為一種新形式的癌癥免疫療法的基礎(chǔ)。科學(xué)家們已經(jīng)為他們的新型聚合物水凝膠向歐洲專利局申請了專利，他們希望在不久的將來將他們的技術(shù)帶入醫(yī)院。

研究團(tuán)隊希望他們的3D打印水凝膠可以很快部署在醫(yī)院環(huán)境中，并已嘗試為他們的工藝申請專利，圖片來自《Biomaterials》雜志。

對3D打印T細(xì)胞解決方案的需求

相對于癌癥的化療和手術(shù)治療，免疫療法利用患者的免疫系統(tǒng)來抵御致命的疾病。癌癥可以出現(xiàn)在現(xiàn)有的細(xì)胞內(nèi)，并且能夠躲避免疫系統(tǒng)的反應(yīng)，但是T細(xì)胞可以通過編程來識別和消滅這些細(xì)胞，并取得不同程度的成功。

但基于T細(xì)胞的方法面臨著挑戰(zhàn)，因為改造后的細(xì)胞很難制造、操作和控制足夠大的劑量來有效地對抗癌癥。此外，基于腫瘤浸潤性淋巴細(xì)胞（TILs）的治療，其主動尋找并破壞腫瘤，亟需細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)來推動其更廣泛的應(yīng)用。

以往的研究主要集中在T細(xì)胞的體外增殖上，但這些方法沒有考慮到人體淋巴結(jié)的影響。例如細(xì)胞因子CCL21，一種存在于淋巴結(jié)中的化學(xué)物質(zhì)，通過趨化因子受體CCR7與天真T細(xì)胞相互作用，增強(qiáng)細(xì)胞增殖和遷移。

同時，3D打印的胞外基質(zhì)（ECMs）通常用于模仿真正的ECMs，并旨在創(chuàng)造一個鼓勵細(xì)胞擴(kuò)張的培育環(huán)境。除了提供比標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)皿更逼真的條件外，制造的ECMs還可以定制不同的蛋白質(zhì)和生長因子，以促進(jìn)細(xì)胞生長。

一張簡化的圖，顯示了Adoptive Cell Therapy的過程，圖片來自《Biomaterials》雜志

西班牙研究團(tuán)隊的新穎方法

研究人員結(jié)合了CC21的優(yōu)點，一種基于PEG的3D打印ECM和血液稀釋劑Heparin，創(chuàng)造了一種ECM，重現(xiàn)了淋巴結(jié)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的狀況。如果成功，該團(tuán)隊的水凝膠可以主動增加CD4 T細(xì)胞增殖，同時微調(diào)細(xì)胞分化，用于Adoptive細(xì)胞治療（ACT）。

為了創(chuàng)建他們的ECM水凝膠，西班牙研究團(tuán)隊將肝素與馬來酰亞胺化學(xué)品功能化。然后將該混合物放置一夜，然后通過透析純化，并與覆蓋在磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）中的PEG復(fù)合體相結(jié)合。由于汞齊化的結(jié)果，共價交聯(lián)發(fā)生了，導(dǎo)致凝膠化，并最終創(chuàng)造了該團(tuán)隊的新型水凝膠。

隨后制造了重量百分比為6%wt、4%wt和3%wt的不同重量百分比的ECM，隨后的流變學(xué)顯示，每種ECM需要200-240分鐘才能穩(wěn)定下來。使用掃描電子顯微鏡（SEM）方法對三種不同的配方進(jìn)行研究，結(jié)果顯示低量的PEG與高孔隙度之間存在相關(guān)性。

進(jìn)一步的分析表明，觀察到的孔徑中位數(shù)為55微米，這種孔隙率水平或更低的ECMs將比較厚的基質(zhì)更有利于細(xì)胞擴(kuò)張。因此，3%重量的水凝膠被確定為最有利于T細(xì)胞聚集和增殖。然后將不同濃度的1 ng/ml、20 ng/ml和100 ng/ml CC21細(xì)胞因子添加到ECM混合物中，以評估CD4 T細(xì)胞的擴(kuò)張。

研究人員的測試顯示，較高的ECM孔隙率與較低的細(xì)胞增殖率相對應(yīng)，圖片來自《Biomaterials》雜志

碘化丙啶（PI）活力測試顯示，T細(xì)胞在PEG-ECM中的復(fù)制率，比在原地懸浮狀態(tài)下的復(fù)制率高25%。細(xì)胞因子負(fù)載的水凝膠也被發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了效應(yīng)細(xì)胞比例的增加，這意味著未來可以修改T細(xì)胞的構(gòu)成，以增加其對癌細(xì)胞的毒性。

研究小組總結(jié)說，他們的方法已經(jīng)證明是一種有效的替代體外細(xì)胞增殖技術(shù)的方法。將CCL21添加到該團(tuán)隊的水凝膠中，也通過各種評估證明了鼓勵細(xì)胞生長。因此，研究人員推測，其他化學(xué)分子，如CCL19和ICAM-1，經(jīng)過進(jìn)一步研究，有可能為患者帶來更好的臨床效果。

未來，西班牙領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊認(rèn)為，他們的新型PEG基水凝膠可以在醫(yī)院內(nèi)被廣泛采用。"該支架提供了對細(xì)胞增殖的改善和對表型的影響，這可以朝著人工淋巴結(jié)的制造進(jìn)一步探索，"該團(tuán)隊在論文中表示。

"CCL21負(fù)載的3D PEG-Hep水凝膠也有望與灌注系統(tǒng)和新型生物反應(yīng)器兼容，以在大型設(shè)施的良好制造規(guī)范（GMP）條件下工作，"他們補充道。

該項目由ICMAB和IBEC的研究人員領(lǐng)導(dǎo)，VHIO和UIC合作。該團(tuán)隊的研究結(jié)果詳見其題為 "Examining metastatic behavior within 3D bioprinted vasculature for the validation of a 3D computational flow model "的論文，該論文發(fā)表在Advanced Functional Materials雜志上。該報告由Eduardo Pérez del Río、Fabião Santos、Xavier Rodriguez Rodriguez、Marc Martínez-Miguel、Ramon Roca-Pinilla、Anna Arís、Elena Garcia-Fruitós、Jaume Veciana、Joachim P. Spatz、Imma Ratera和Judith Guasch共同撰寫。