越来越多的基于细胞和分子的免疫疗法通过调动免疫系统对抗肿瘤细胞，为患有顽固癌症的患者带来了新的希望。一类新兴的免疫治疗药物，称为 T 细胞双特异性抗体 (TCB)，其重要性与日俱增，美国食品和药物管理局 (FDA) 批准了多种 TCB 用于治疗白血病、淋巴瘤和骨髓瘤。
这些抗体药物用其一端 标记肿瘤细胞，并用另一端吸引免疫细胞，迫使它们杀死肿瘤细胞。
TCB 和其他免疫治疗药物开发的挑战是 TCB 靶向的抗原不仅可以存在于肿瘤细胞上，还可以存在于体内的健康细胞上。这可能导致“非靶向、非肿瘤”的细胞杀伤和重要器官(如肾脏、肝脏等)的意外损伤，从而使参与临床试验的患者面临风险。
目前，还没有人类体外肾脏模型能够充分概括器官的 3D 结构、细胞多样性和功能，以评估临床前阶段的靶向、非肿瘤效应。
现在，一项新的跨学科、跨组织研究创建了免疫浸润的肾组织模型，用于研究 TCB 和其他潜在免疫治疗药物的靶向、肿瘤外效应。
哈佛大学 Wyss 生物启发工程研究所、哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS)、哈佛医学院 (HMS) 和罗氏创新公司的生物工程师和免疫肿瘤学家团队进行了这项研究瑞士和德国的中心开发了一种免疫渗透的人类肾脏类器官芯片模型，该模型由微小的肾脏组织片段组成，其中包含脉管系统并形成肾单位，可以被循环免疫细胞渗透。
他们使用该模型来了解临床前 TCB 工具化合物的特定毒性，该化合物针对某些肿瘤中已充分表征的肿瘤抗原 Wilms 肿瘤 1 (WT-1)。重要的是，WT-1 在肾脏中的表达水平也低得多，这使其成为研究其潜在的靶点、肿瘤外效应的重要器官。他们的研究结果发表在 PNAS上。
“我们与罗氏的合作者一起，扩展了我们的血管化肾脏类器官芯片模型，将含有细胞毒性 T 细胞的免疫细胞群纳入其中，这些细胞不仅有可能杀死肿瘤细胞，还可以杀死呈递目标抗原的其他细胞。”该研究的资深作者、Wyss 核心教员、科学博士 Jennifer Lewis 说道。“我们的临床前人体体外模型提供了重要的见解，了解哪些细胞是给定 TCB 的目标，以及会产生什么(如果有)脱靶损伤。”
Lewis 也是 SEAS 生物启发工程学 Hansjörg Wyss 教授，以及 Wyss 研究所 3D 器官工程计划的联合负责人。
将免疫力纳入肾脏类器官芯片中
2019 年，Lewis 团队与 Joseph Bonventre 医学博士、博士团队一起。布莱根妇女医院的研究人员与合著者 Ryuji Morizane 医学博士、哲学博士发现，将人类多能干细胞产生的肾脏类器官在其分化过程中暴露于恒定的液体流中，可以增强其片上血管化和肾小球的成熟和管状隔室，相对于静态控制。
研究人员的观察是通过 3D 打印的微流体芯片实现的，在该芯片中，肾脏类器官在分化过程中接受以受控速率流动的营养和分化因子培养基。该芯片设备允许研究人员使用共焦显微镜通过透明窗口实时直接观察组织。
“鉴于这种体外模型代表了肾脏中的大多数细胞类型并纳入了免疫系统，它可以支持评估 TCB 的靶向和脱靶效应以及复杂的细胞相互作用，”Kimberly Homan 博士说。 D.，刘易斯实验室的前博士后研究员，初始工作的第一作者，也是这项新研究的共同通讯作者。
此后，霍曼离开刘易斯实验室，加入基因泰克，担任复杂体外系统实验室主任，在那里她继续为项目合作者提供专业知识。
为了应对这一挑战，该团队首先改进了他们的体外系统，使人类免疫细胞(统称为外周血单核细胞(PBMC))能够通过该系统持续循环，并检索样本以分析免疫细胞分泌的蛋白质。
他们证明，最佳流速能够在 5 天的时间内支持“免疫效应”细胞(PBMC 的一个亚群，能够杀死其他细胞)的活力，并且这些细胞实际上渗透到了肾单位样结构中以及芯片上肾脏类器官中存在的微血管。
临床前 WT-1 靶向工具 TCB (WT1-TCB) 被创建为当 HLA 蛋白呈递在靶细胞(在这种情况下是表达 WT-1 的肿瘤细胞)表面上时，与 WT-1 抗原特异性结合。HLA 通过熟悉人体的正常蛋白质库，帮助免疫系统区分健康细胞上的蛋白质与肿瘤和外来入侵者产生的蛋白质。
研究小组首先研究了正常的 WT-1 蛋白是否在任何关键肾细胞群中表达。他们发现 WT-1 在足细胞中表达，但在近端和远端肾小管细胞中检测不到。此外，他们发现这些分化的肾细胞类型中很大一部分也表达 HLA。
对 TCB 进行测试
为了了解 WT1-TCB 的特异性靶向作用，研究人员将它们与可以结合所有肾细胞类型上的抗原的非特异性 TCB(ESK1 样 TCB，阳性对照)和只能结合抗原的 TCB 产生的 TCB 进行了比较。免疫细胞(DP47，阴性对照)。
当这三种化合物在五天的高流量条件下与 PBMC 一起引入肾脏芯片类器官模型时，确实引起了显着不同的效果。正如预期的那样，DP47 导致极少数细胞死亡，而 ESK1 样 TCB 通过招募免疫效应细胞，以剂量依赖性方式靶向并杀死所有细胞类型。
“重要的是，我们的中心发现是 WT1-TCB 工具化合物导致肾类器官中表达 WT-1 的足细胞被选择性杀死，同时它不影响远端和近端小管中的细胞。这令人信服地证明了我们的工程设计人体外肾类器官芯片系统可作为临床前药物开发工具，用于评估 TCB 作为一类新型免疫治疗药物的靶向、肿瘤外毒性。”这项研究的第一作者。
然而，当前肾脏类器官芯片系统的一个重要警告是，TCB 和 PBMC 的递送途径与体内的途径不同，它们通过肾小球内血液的灌注和过滤进入肾细胞。隔间。然而，作者假设 TCB 在体内接触肾小球细胞上的 WT1 靶点的可能性很小。
为了检验这一假设，克罗尔现在正在领导一项工作，通过创建可灌注的血管化肾脏类器官芯片模型，使该团队的模型在生理上更具相关性。
“詹妮弗·刘易斯团队的这一有趣的工业合作精彩地展示了如何在学术研究、技术开发和特定治疗领域相遇并相互推动的环境中促进药物开发，以改善那些迫切需要新药的患者群体。 Wyss 创始董事 Donald Ingber 医学博士、博士说道。
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