麻省理工学院的研究人员已证明，他们可以利用微流控细胞挤压装置，将特定抗原导入免疫系统的B细胞，为开发和应用抗原呈递细胞疫苗提供了一种新方法。
这类疫苗通过重新编程患者自身的免疫细胞，使其能够对抗入侵者，在治疗癌症和其他疾病方面前景广阔。然而，若干效率问题限制了这类疗法向临床应用的转化，目前只有一种疗法获得美国食品药品监督管理局批准。
这类疫苗大多使用树突状细胞制备。树突状细胞是一类功能广泛的抗原呈递细胞，在免疫系统中发挥作用。研究人员在发表于《Scientific Reports》的一项研究中证明，B细胞也可以经过工程改造，作为一种替代选择。
“我们希望消除将B细胞用作抗原呈递细胞群体时面临的一项重要障碍，帮助它们补充或替代树突状细胞，”麻省理工学院科赫综合癌症研究所博士后、论文第一作者格雷戈里·斯泽托（Gregory Szeto）说。
科赫研究所成员、生物工程与材料科学及工程学教授达雷尔·欧文（Darrell Irvine）是论文的资深作者。
一种新的疫苗制备方法
树突状细胞是天然功能最多样的抗原呈递细胞。在体内，它们持续采集潜在入侵者的抗原，对其进行处理，并呈递在细胞表面。随后，这些细胞迁移至脾脏或淋巴结，在那里启动T细胞，使其针对所摄取并呈递的特定抗原，对癌变或受感染的细胞发起攻击。
尽管树突状细胞在免疫系统中发挥着关键作用，但将其用于细胞疫苗也存在缺点：它们寿命较短，激活后不会分裂，而且在血液中的数量相对稀少。
B细胞也是抗原呈递细胞，但与树突状细胞不同，B细胞在激活后能够增殖，而且在血液中数量丰富。不过，B细胞的功能较为有限：树突状细胞会持续采集遇到的抗原，而B细胞在基因层面只被设定为结合与其表面受体相匹配的特定抗原。因此，如果某种抗原与B细胞受体不匹配，B细胞通常不会摄取并呈递该抗原。
麻省理工学院的研究人员利用一种微流控装置，通过挤压B细胞，克服了这一由基因设定的抗原摄取障碍。
研究人员使用最初由麻省理工学院开发的“CellSqueeze”装置平台，将B细胞悬液与目标抗原通过刻蚀在芯片上的微小平行通道。正压系统推动悬液流过这些通道；通道逐渐变窄，对B细胞施加温和的压力。这种“挤压”会在细胞膜上打开微小的临时孔洞，使目标抗原通过扩散进入细胞。
这一过程能有效地将抗原载入细胞，以启动CD8（即“杀伤性”）T细胞的应答；随后，这些T细胞可以杀死癌细胞或其他目标细胞。
研究人员在培养条件下研究了受挤压的B细胞，发现它们扩增抗原特异性T细胞的能力至少不逊于采用抗体包被微珠的现有方法。作为概念验证，研究人员随后将受挤压的B细胞和抗原特异性T细胞转入小鼠体内，并观察到受挤压的B细胞能够在脾脏和淋巴结中扩增T细胞。
研究人员还表示，这是首种将抗原递送与B细胞激活相分离的方法。B细胞摄取其抗原，或遇到促使其摄取附近抗原的外来刺激时，就会被激活。这种激活会促使B细胞执行非常特定的功能，从而限制了基于B细胞的疫苗编程选择。CellSqueeze绕开了这一问题；通过分别设定递送和激活，研究人员能够更好地控制疫苗设计。
爱荷华大学卡弗医学院微生物学教授、该校免疫学与免疫相关疾病中心主任盖尔·毕晓普（Gail Bishop）表示，这篇论文提出了一种“富有创意的新方法，在开发抗原呈递细胞疫苗方面具有相当大的潜力”。
“B细胞的抗原呈递能力常常被低估，但人们正日益认识到它们在治疗中的实际优势，”未参与这项研究的毕晓普说。“这种新的技术方法能够有效地将几乎任何抗原载入B细胞，此外还能够将抗原导入CD8 T细胞呈递通路，从而促进激活许多临床应用所需的杀伤性T细胞。”
挤压关键
阿蒙·沙雷（Armon Sharei）现为科赫研究所访问科学家。他在研究生阶段于克拉夫斯·延森（Klavs Jensen）和罗伯特·兰格（Robert Langer）的实验室开发了CellSqueeze。延森是沃伦·K·刘易斯化学工程教授、材料科学与工程学教授；兰格是大卫·H·科赫研究所教授，也是科赫研究所成员。沙雷、延森和兰格也是本文作者。
上个月，沙雷及其同事在《PLoS ONE》期刊发表的另一项研究中，首次证明CellSqueeze能够将具有功能的大分子递送至免疫细胞。与电穿孔和基因工程病毒等现有递送方法相比，该平台具有优势；这些方法只能递送核酸。核酸可以为细胞编码，使其表达目标抗原，但这些间接方法也有缺点：它们难以编码难以识别的抗原，而且使用核酸存在意外编辑基因组的风险。这些方法还具有毒性，可能导致细胞受损或死亡。CellSqueeze能够以极低的毒性将蛋白质直接递送至细胞，避免了这些不足；这项新研究也显示，它有望成为一种多用途平台，用于制备更有效的细胞疫苗。
“我们的梦想是开创一整类疗法：取出你自己的细胞，告诉它们该做什么，再把它们放回你的体内，帮助你对抗疾病，不管那是什么疾病，”沙雷说。
在麻省理工学院开发CellSqueeze后，沙雷于2013年共同创立了 SQZ Biotech ，以进一步开发并商业化这一平台。自那以后，公司不断发展壮大——目前有13名员工——装置也在不断迭代。现任公司首席执行官的沙雷表示，通过改进设计并增加通道数量，当前一代装置的处理通量已达到每秒100万个细胞。
未来步骤
研究人员表示，他们目前计划完善基于B细胞的疫苗，以优化免疫细胞在体内的分布和功能。基于B细胞的方法还可以减少制备疫苗所需的患者血液量。目前，每次需要制备新一剂疫苗时，接受细胞疫苗的患者都必须抽血数小时。
与此同时，SQZ Biotech希望缩小其装置的占地面积，这有望降低工程化制备细胞疫苗所需的时间和成本。
“我们设想，未来如果能利用它的微流控特性，就可以将其制成床旁或可部署于现场的装置，”沙雷说。“这样一来，就不必把你的细胞送到大型集中设施，而可以在医院或医生诊室里完成。”
作者表示，随着生物学和技术进一步完善，他们的方法有望成为一种更高效、更有效且成本更低的方式，为患者开发细胞疗法。
“未来有一天，只需通过普通的注射器抽血，就可能获得足够的细胞；再让这些细胞通过一台床旁装置，并加入你希望用来接种的抗原，就能制成疫苗，”斯泽托说。
这项研究由科赫研究所前沿研究计划下的凯西和柯特·马布尔癌症研究基金、美国国家癌症研究所、美国国家普通医学科学研究所和霍华德·休斯医学研究所资助。
本文由 麻省理工学院新闻合作发布。本文的发布并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：凯文·莱昂纳迪（Kevin Leonardi）为麻省理工学院新闻撰稿。
图片：在马萨诸塞州波士顿的波士顿儿童医院，10岁的贾丝敏·罗德里格斯接种流感疫苗。路透社/布赖恩·斯奈德