基于多功能长余辉/MOFs复合纳米结构的原位T细胞基因编辑和活体免疫治疗示踪研究

An emerging approach for cancer immunotherapy involves gene edited T cells encoding disease specific chimeric antigen receptors (CAR). Simultaneous tracking of their migration and long-term fate is urgently needed for clinical application. The aim of this project is to develop multifunctional persistent luminescence/metal-organic frameworks ZIF-8 nanocomposite for in situ tumor specific gene editing and tracking of T cells in the meantime, thus avoiding in vitro complicated programming steps. The multifunctional nanocomposite with low-toxicity, tracking and gene editing capabilities can be widely used by other important cells and theranostics. This project may provide a practical, broadly applicable treatment for generating anti-tumor immunity ‘on demand’ for oncologists and scientists in a variety of settings.

基因编辑表达肿瘤特异性嵌合抗原受体（CAR）的免疫T细胞（CAR-T）治疗是新兴的肿瘤免疫治疗技术。然而，该技术不但需要复杂的体外分离、基因编辑等步骤，而且缺乏有效的评估CAR-T细胞活性和迁移情况的实时追踪策略，限制了在临床中的应用范围。本项目旨在以长余辉纳米材料（LPLNP）为余辉发光中心，引入具有生物大分子转运功能的金属-有机骨架材料ZIF-8，并进行T细胞靶向修饰。调控合成条件，得到不同构型的多功能“一体化”复合纳米材料。以期实现活体内对T细胞进行原位肿瘤特异性基因编辑和成像标记，并应用于肿瘤免疫治疗和CAR-T细胞的高信噪比实时示踪。本项目对开发新型T细胞原位基因编辑和标记技术，进一步发展基于LPLNP的T细胞示踪技术用于研究活体内的细胞分布和迁移、免疫治疗的机理和历程具有重要意义。

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，研发针对乳腺癌的诊疗一体化策略一直是生物医学领域重要研究方向。基因编辑表达肿瘤特异性嵌合抗原受体（CAR）的免疫T细胞（CAR-T）治疗是新兴的肿瘤免疫治疗技术。然而该技术缺乏有效的评估CAR-T细胞活性和迁移情况的实时追踪策略，限制了在临床中的应用范围。为了发展乳腺癌诊疗一体化平台并实现对CAR-T细胞实时示踪，本项目以长余辉纳米材料（PLNP）为余辉发光中心，利用其突出的免原位激发光干扰和高信噪比成像优势。引入具有生物大分子转运功能的金属-有机骨架材料ZIF-8，并进行T细胞靶向修饰。调控合成条件，得到不同构型的多功能“一体化”复合纳米材料PLNP@ZIF-8。系统研究了复合材料的生物安全性、对T细胞的体内外靶向示踪能力和乳腺癌免疫治疗效果。PLNP@ZIF-8具有较好的负载能力，能够实现对T细胞进行原位肿瘤特异性基因编辑。所得到的CAR-T对肿瘤生长具有一定的抑制作用。此外设计合成乳腺癌诊疗探针PLNP-HSA-Fe3+-IR780（PHFI），对比研究了对乳腺癌的诊疗效果。PHFI具有较强的光热、光动力和类芬顿催化活性，能够实现对乳腺癌的光热/光动力/化学动力联合治疗和余辉/核磁/光声多模态成像。对肿瘤体积长时间追踪发现针对乳腺癌的联合治疗效果优于基于T细胞的免疫治疗效果。由此，本项目开发了新型T细胞原位基因编辑和标记技术，构建了针对乳腺癌多模态成像和联合治疗策略，对比研究了免疫治疗和联合治疗效果。相关研究进一步扩大了长余辉纳米材料在生物医学领域的应用范围，对发展免疫细胞示踪技术、研究免疫治疗的机理和构建肿瘤诊疗一体化平台具有重要意义。