2024年03月03日发布 | 1496阅读

【中国声音】通过动脉内注射NEO100促进CAR-T细胞穿透血脑屏障并提升治疗活性在中枢神经系统淋巴瘤小鼠模型的研究

何海平

西南医科大学附属医院

陈礼刚

西南医科大学附属医院

曾山

西南医科大学附属医院

继在《Neuro-Oncology》(2020.9和2021.2)、《JOURNAL OF NEUROSURGERY》(2023.2)发表论文后,西南医科大学附属医院神经外科陈礼刚、何海平、曾山团队联合美国南加州大学Keck医学中心王卫军、Thomas C. Chen团队,近期再次在神经医学期刊JOURNAL OF NEUROSURGERY发表了题为《Enhancing brain entry and therapeutic activity of chimeric antigen receptor T cells with intra-arterial NEO100 in a mouse model of CNS lymphoma》的研究论文。本研究通过在中枢神经系统淋巴瘤小鼠模型中进行实验,证实了通过动脉内(IA)注射NEO100能够增强CAR-T细胞穿透血脑屏障,进入脑内,并提升治疗活性。


CNS恶性肿瘤的治疗具有挑战性。尽管在手术方法、放化疗和靶向治疗方面取得了进展,但大多数集中的恶性肿瘤,包括神经胶质瘤、外周肿瘤脑转移和CNS淋巴瘤,预后仍然很差。阻碍颅内肿瘤治疗的一个关键因素是血脑屏障(BBB),它阻止了绝大多数治疗药物进入大脑。NEO100是一种高纯度的紫苏醇(POH),一种天然的植物单萜,是柠檬烯的代谢物它可以在各种植物精油中找到,包括柑橘类水果、薄荷、绿薄荷、樱桃、蔓越莓、鼠尾草、柠檬草、薰衣草、芹菜籽等。基于POH的两亲性,我们推测NEO100可能会影响血脑屏障的完整性,当通过IA注入时,可能会触发血脑屏障打开。在我们之前的临床前研究中,我们成功地验证了这一现象。我们发现IA NEO100破坏了脑内皮细胞血脑屏障的紧密连接,并导致紧密连接蛋白从细胞表面转移到细胞浆中。此外,NEO100影响了血脑屏障的跨细胞和细胞旁转运途径,导致静脉输注的小分子化疗药物(如甲氨蝶呤、阿霉素)以及更大的分子,如曲妥珠单抗和免疫检查点抑制抗体进入大脑的增加。这种血脑屏障的开放作用,是安全、可控、可逆的,并在脑恶性肿瘤小鼠模型中显著提高了曲妥珠单抗和免疫检查点抑制剂的治疗活性。


嵌合抗原受体(CAR)T细胞已经成为对抗癌症的一种有效的新武器,但当涉及到位于血脑屏障内的靶点时,它们的治疗效果就会减弱。这些局限性促使我们研究IA NEO100打开血脑屏障是否会改善循环CAR-T细胞进入大脑,从而可能获得更好的治疗结果。为了达到这个目的,我们使用了一个小鼠中枢神经系统淋巴瘤模型,该模型是通过在颅内植入人类Raji淋巴瘤细胞而产生的。实验中先对小鼠用IA NEO100打开血脑屏障,然后静脉注射CD19靶向的CAR-T细胞,实验结果表明这种方法可以使小鼠接近100%存活。


图1:针对CD19的CAR结构示意图。这是第二代结构,具有CD8先导序列和FMC63单链可变片段(ScFv)融合到CD8铰链和跨膜结构域,随后是4-1BB共刺激和CD3ζ信号结构域。它还包含一个10个氨基酸的线性表位。NEO100通过IA注射打开血脑屏障,使CAR T细胞外渗,CAR T细胞识别并与B细胞淋巴瘤细胞上的CD19结合,从而触发肿瘤细胞凋亡。

图2:正常脑组织中缺乏CAR-T细胞。每组3只未植入肿瘤的小鼠分别给予4种不同的治疗:1)静脉注射生理盐水(对照组);2)IV注射5×106 CD19 CAR-T细胞;3)IA注射0.3%NEO100;4)先给药IA NEO100,再给药IV CAR-T细胞。24小时后取下灌注脑,制备冷冻切片进行免疫组织学分析(IHC)。用兔抗人CD3抗体鉴定人T细胞。二抗用Alexa Fluor 647标记,它发出亮红色的荧光。DAPI(4′,6-二氨基-2-苯基吲哚)作为复染剂。注意CD3无阳性信号。


总的来说,这些结果表明正常小鼠在短期内对这一过程的耐受性相当好,但是CAR-T细胞并没有在大脑中明显积累,则说明在没有肿瘤的情况下,当NEO100打开血脑屏障后,靶向抗体不会在正常脑组织中积累。


图3:小鼠中枢神经系统淋巴瘤的建立。Raji b细胞淋巴瘤异种移植的生物发光成像(BLI)揭示了发光与颅内注射不同细胞的相关性。A:将增强的表达GFP/luc的Raji B细胞立体植入NSG(NOD scid)小鼠右半球。10天后,BLI证实肿瘤存在。左图为2×105细胞植入后,右图为5×105细胞植入后,瘤体大小不一,橙色/红色表示强肿瘤信号。B:将四组荷瘤小鼠按图2的图示(在此相应标注)进行处理,24小时后对脑切片进行免疫组化染色,检测抗人CD3抗体。箭头指向CAR-T细胞,当IV CAR-T细胞之前有IA NEO100(比例尺=50μm)出现更多。


图4:IA NEO100给药后CAR-T细胞在肿瘤部位的积累。A:四组分别为1)单独IA NEO100(不伴有IV T细胞注射);2)单独IV CD19 T细胞(之前没有通过IA NEO100打开血脑屏障);3)IA结合NEO100后,IV结合CD19 T细胞;4)没有治疗(作为阴性对照)。每组3只荷瘤小鼠,每组接受图2图例中详细描述的治疗(相应的标记在这里)。24小时后采集脑组织切片,免疫组化染色检测抗人CD3抗体。二抗用Alexa Fluor 647标记,它发出亮红色的荧光。我们对每个动物的肿瘤中心、肿瘤周围和对侧脑组织进行切片分析(标尺=50μm)。B:在共聚焦显微镜下检查每张玻片的三个独立切片,并对图像进行定量。该图显示了Alexa Fluor 647发射的平均颜色像素。

图5:中枢神经系统淋巴瘤小鼠的生存情况。将Raji-eGFP/Luc细胞植入小鼠大脑,第5天的生物荧光成像证实了类似的肿瘤摄取。在同一天,动物被分成治疗组,接受单次IV注射CD19 CAR-T细胞,有或没有预先用IA NEO100打开BBB。其中一组作为对照组,不接受治疗。A:监测动物生存情况,用Kaplan-Meier生存图表示。B:肿瘤的发展用反复的生物荧光成像记录,头部区域的蓝/红颜色表示肿瘤的存在,图中空白表示该动物死于疾病,不能再进行成像。C-E:三组治疗动物的体重随时间变化。每一行代表一个小鼠,一条中断的生产线反映了相应动物的死亡,红色箭头表示第5天的单一干预。

以上我们的实验结果表明,IA NEO100不仅增强了CAR-T细胞进入大脑的能力,而且还增加了它们对大脑肿瘤细胞的治疗活性。在完成的初步研究中,我们使用IA NEO100(天然单萜poh的高度纯化版本)来破坏血脑屏障,进而使CAR-T细胞在进入大脑时特异性靶向表达在Raji淋巴瘤细胞上的CD19。这些CD19靶向的CAR-T细胞穿透大脑后被量化,并监测动物的生存情况。IA NEO100联合IV CD19 CAR-T细胞的干预实现了肿瘤细胞的完全根除,并导致了具有人类颅内B细胞淋巴瘤异种移植的免疫缺陷NSG小鼠100%无瘤生存,这与仅使用IV CD19 CAR-T细胞治疗的动物相比是一个显著的改善。


团队介绍


第一作者

何海平 主治医师

西南医科大学附属医院

  • 毕业于西南医科大学,师从陈礼刚教授,美国南加州大学(USC)KECK医学中心访问学者,擅长于颅底肿瘤、脑胶质瘤、脑功能性疾病的外科综合治疗。

  • 参与国家级、省部级、市厅级等多项科研项目。

  • 国内外共发表学术论文十余篇,其中包括以第一作者身份在全球顶级期刊《Neuro-Oncology》发表学术论文2篇,《Journal of Neurosurgery》发表学术论文2篇;其研究成果被评为2021年度中国神经外科领域高价值论文TOP100。

  • 参编国内首部DBS专著《脑深部电刺激术》,参编全国高等学校配套教材《外科学各论实习指导》,参编《神经外科疾病诊治与手术实践》

论文指导教授

陈礼刚 教授

西南医科大学附属医院

  • 西南医科大学附属医院神经外科主任、大外科主任、外科教研室主任

  • 博士、二级教授、博士生导师

  • 国务院特殊津贴专家

  • 四川省学术技术带头人

  • 国家科技进步奖评审专家

  • 教育部长江学者评选专家

  • 国家临床重点专科主任

  • 中华医学会神经外科学分会全国委员、小儿神经外科学组委员

  • 中华医学会创伤分会神经创伤专委会副主任委员

  • 中国医师协会神经外科分会常委、功能学组副主任委员

  • 中国研究型医院学会神经外科专业委会副主任委员

  • 中国研究型医院学会神经外科专委会神经创伤专家委员会主任委员

  • 四川省卫生健康首席专家

  • 四川省医学会神经外科专委会副主任委员

  • 四川省医师协会神经外科医师分会会长

  • 四川省医疗卫生与健康促进会神经外科专委会主任委员

  • 2020年“王忠诚中国神经外科医师年度奖-学术成就奖”获得者

  • 2020年中国神经外科领域高学术影响学者(学术活跃度70%)

  • 2021年中国神经外科专家50强

  • 2021年度中国神经外科领域高价值论文TOP100作者

  • 从事神经外科临床、教学及科研工作35年。尤其擅长脑功能性疾病、脑肿瘤、颅脑损伤的规范化救治及儿童脑肿瘤的个体化治疗。

  • 近5年发表文章200余篇,在The Lancet Neurology、Nature Biomedical、Science Advances、JAMA Network Open、Neuro-Oncology等世界著名杂志发表SCI论文100余篇(IF>700)

团队成员

曾山 住院医生

西南医科大学附属医院

  • 四川省医师协会神经创伤与重症学组委员

  • 中华志愿者协会神经科学中西医专家组委员

  • 美国南加州大学(USC)KECK医学中心访问学者。参与国家级、省部级、市厅级等多项科研项目。国内外共发表学术论文十余篇。擅长于重型颅脑损伤、重型脑血管疾病、脑干出血以及各种神经危重症抢救、管理、综合治疗

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