科学家如何利用工程改造细胞战胜疾病

A Thai doctor performs an experimental stem cell procedure on a patient at Bangkok Heart Hospital in Bangkok December 19, 2005. That involves injecting the patient's heart with cells cultivated from his own blood. Stem cell therapies have spawned controversy because very early human embryos are considered by many to be the most promising for treating human diseases. REUTERS/Chaiwat SubprasomAlso see GF2DXCNWLPAA - RTR18EHX
Cell-engineering is creating a new generation of therapies to target intractable diseases, including cancerImage: REUTERS/Chaiwat Subprasom
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如今的药物通常由单一活性分子构成,给药后通过与疾病相关通路相互作用,产生临床疗效。

鉴于人体生物学的复杂性,这种疾病治疗方法相对简单,疗效可能有限,也可能导致副作用。

如今,一类新型药物正逐渐出现:其中,活细胞经过改造后被用作治疗手段。

大多数药物的活性分子无法区分身体中的患病部位和健康部位,因此会产生不良副作用;有时副作用严重到足以引发新疾病,甚至导致死亡。例如,用化疗治疗癌症就像一场平衡术:要在药物杀死患者之前,先用药物杀死所有癌细胞。

强大的免疫系统

与这类作用粗放、缺乏特异性的药物相比,我们的免疫系统复杂而高效,负责保护我们免受大多数疾病侵袭,并让我们在一生中保持健康。

免疫系统由多种细胞构成,它们协同工作以对抗疾病。一些免疫细胞会在怀疑出现问题时发出警报,另一些则能识别疾病的独特特征,从而激活杀伤细胞或引发抗体反应。

免疫系统还能够形成针对特定疾病的长期记忆,以便疾病再次出现时更快作出反应。尽管能力非凡,免疫系统仍无法独自对抗某些疾病。

借助自然防御机制

药物与天然生物防御机制在效力和特异性上的差异,促使许多科学家着手研究免疫系统。免疫系统在进化过程中形成了精妙而精准的运作方式。

通过这种方法,科学家可以开发细胞疗法,将经过工程改造的免疫细胞用作“药物”。

经过适当工程改造的免疫细胞,或可使科学家引导高度特异且持久的免疫反应机制来对抗疾病。

与能力较为有限的单个分子相比,细胞疗法能够调动天然防御机制的全部手段来对抗疾病。

识别并消灭

细胞疗法近期的一项进展,是嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法在治疗某些血液癌症方面取得了显著进展。CAR-T细胞是经过人工工程改造、能够靶向癌症相关特定蛋白质(抗原)的人类杀伤性T细胞。

借助这一人工靶向系统,CAR-T细胞能够非常有效地识别并消灭癌细胞。

针对某些血液癌症的临床试验表明,对于多轮传统化疗均告失败的患者,这些经过工程改造的杀伤性CAR-T细胞有望带来治愈。

CAR-T细胞等初步成功案例表明,细胞疗法在治疗目前难以攻克的疾病方面潜力巨大。

多重挑战

然而,迄今为止,细胞工程领域的发展受到诸多挑战的限制。

其中一项挑战是如何成功将改变细胞功能所需的分子成分送入细胞。

单个细胞具有多重屏障,可防止其受到干预,包括细胞膜和数量庞大的内部酶。因此,开发能够有效突破这些屏障、将细胞工程材料送入细胞,同时保留关键细胞功能的技术,对取得成功至关重要。

SQZ Biotech例如,该公司开发了一个平台,能够将几乎任何所需材料送入多种细胞类型。

这一微流控平台使科学家能够调节此前无法触及的细胞功能。

新一代疗法

SQZ的方法将对细胞正常功能和活性的影响降至最低,从而大幅拓展了我们工程改造细胞的能力。

凭借这些技术进步,科学家能够开发全新一代疗法,用于治疗癌症、自身免疫性疾病和传染病等迄今极难治疗的疾病。

向细胞疗法的演进标志着疾病治疗方式的一项重大进展:借助患者自身精密复杂的防御机制,更有效地对抗疾病。

随着越来越多的细胞疗法进入临床试验,我们有望看到患者治疗结果取得令人振奋的改善。

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