今天，一種令研究人員興奮的先進癌症治療方法涉及收集和重新編程病人的T細胞–一組特殊的免疫細胞–然後將它們放回體內，準備檢測和摧毀癌細胞。儘管這種方法對白血病等癌症很有效，但在治療實體瘤方面卻很少成功。現在，斯坦福大學的工程師們已經開發出了一種傳遞方法，增強了改良免疫細胞的 “攻擊力”，這些細胞被稱為嵌合抗原受體T（CAR-T）細胞。
研究人員將CAR-T細胞和專門的信號蛋白添加到水凝膠中（一種充滿水的凝膠，具有與生物組織相同的特徵），並將該物質注射到腫瘤旁邊。根據4月8日發表在《科學進展》上的一項新研究，這種凝膠在體內提供了一個臨時環境，免疫細胞在其中繁殖和激活，準備對抗癌細胞。這種凝膠就像一支漏水的鋼筆，泵出激活的CAR-T細胞，隨着時間的推移不斷攻擊腫瘤。
斯坦福大學材料科學與工程系副教授、該論文的資深作者Eric Appel說：“CAR-T細胞領域的很多工作都集中在如何製造更好的細胞本身，但對如何使細胞在體內更有效卻關注得很少。因此，我們所做的完全是對設計更好細胞的所有努力的補充。”
目前，靜脈（IV）輸液是CAR-T細胞的主要管理模式。在這種方法中，細胞進入血液併流經整個身體。但這種方法對於治療實體瘤並不理想，因為實體瘤通常很密集，存在於特定的位置，並且有躲避和抵禦免疫細胞的防禦措施。
該研究的主要作者、化學工程專業的博士生Abigail Grosskopf說：“這有點像一個充滿了可怕的東西試圖擊退這些T細胞的戰鬥領域。所以CAR-T細胞很難滲入攻擊該腫瘤。”
為了強有力地激活CAR-T細胞以根除腫瘤，這些細胞必須長期暴露在高濃度的專門信號蛋白中。這些蛋白質被稱為細胞因子，告訴工程免疫細胞迅速複製並準備摧毀腫瘤。然而，如果通過靜脈滴注進行系統輸送，發起有效攻擊所需的細胞因子數量將對身體的其他部分產生毒性。
相反，Grosskopf和她的同事創造了一種凝膠，可以在腫瘤附近暫時容納細胞因子和CAR-T細胞。免疫細胞在那裡生長和增殖，在身體內部，並不斷被釋放出來，轟擊癌症的生長。
凝膠由水和兩種成分組成：一種由纖維素製成的聚合物，一種在植物中發現的材料和可生物降解的納米粒子。當結合在一起時，這兩種成分像分子尼龍搭扣一樣結合在一起–它們想粘在一起，但很容易被撬開。
“這種材料可以通過小針注射，”Grosskopf說。“然而，在它被注入后，‘維可牢’再次找到自己，並改革成一個堅固的凝膠結構。”
凝膠的網狀結構織得很緊，足以防止微小的細胞因子滑出。同時，該結構的連接足夠脆弱，以便CAR-T細胞能夠打破它們，並在準備打擊癌細胞時掙脫。
治療小鼠體內的腫瘤
在確定了提供癌症治療的最佳凝膠配方后，研究小組在患有腫瘤的小鼠身上對其方法進行了測試。
Grosskopf發現，所有注射了含有CAR-T細胞和細胞因子的凝膠的實驗動物在12天後變得沒有癌症。她和她的同事還嘗試在凝膠中只提供CAR-T細胞，但一些小鼠的腫瘤消失得更慢或根本沒有。通過靜脈滴注或在生理鹽水中而不是在凝膠中提供治療，對腫瘤的效果更差。
此外，這種凝膠並沒有在小鼠體內誘發不良的炎症反應，而且它在幾周內就會在體內完全降解。
研究小組還嘗試在離腫瘤更遠的地方注射凝膠治療–在小鼠身體與癌細胞生長相反的一側。令所有人驚訝的是，所有動物的腫瘤仍然消失了，儘管它所花的時間是在腫瘤附近添加治療時的兩倍左右。
“我們所評估的主要是你可以在旁邊注射的腫瘤。但不幸的是，我們仍然無法進入身體的所有組織，” Appel說。“這種遠離腫瘤的注射能力真正打開了可能治療任何數量的實體瘤的大門。”
Appel說他的實驗室的下一組實驗將進一步探索凝膠輸送方法治療遠處腫瘤的能力。總的來說，這項研究提出了一種簡單而有效的方法來改善一種有前途的癌症治療。
“我認為我們的凝膠的一個很大的好處是它們很容易製作。你把兩樣東西混合，然後注射，”Grosskopf說。“我們需要做一些更多的臨床前工作，但我認為它有很大的前景。”