干细胞介导BiTE抗体的肿瘤靶向免疫治疗及其分子影像学研究

The immune system is the body's defense against disease. However, cancer cells undergo numerous immune escape mechanisms that predominantly interfere with low antigen presentation and inhibit tumor-specific T-cell responses. Bi-specific T-cell engagers (BiTEs), a new class of artificial bispecific monoclonal antibodies, can connect both T cells and the surface antigen on cancer cells, and subsequently trigger a specifically T cells' cytotoxic activity. Nevertheless, the dynamic and complicated tumor microenvironment is expected to pose a challenge for BiTE to be accumulated in the target site. In this project, the engineered mesenchymal stem cells (MSCs) with tumor-oriented migration and incorporation property are used as vehicles and factories to produce antibodies inside of the tumor. Herein, minicircle DNA (MCDNA) containing BiTE gene fragment is loaded in calcium phosphate nanoparticles to perform transfecion. Combining with iron oxide agents and surface modification via functional molecules, the nanoparticle is prepared to study structure-activity relationship of effective transfection pathway in cell. Furthermore, the magnetic resonance imaging (MRI) and bioluminescence imaging provide an important method to monitor therapeutic response and analysis stem cell based cancer therapy mechanisms. This targeted strategy will contribute to the development of stem cell medicated cancer immunotherapy and holds great promise for clinical translation.

BiTE是一种双特异性单链抗体，能够同时结合T细胞和癌细胞表面抗原，激活T细胞产生细胞免疫毒杀作用。然而,肿瘤微环境复杂多变，极大影响了BiTE与靶点的结合，因此，如何实现抗体在瘤内高密度富集，是免疫治疗中亟待解决的难题。本项目拟将间充质干细胞作为BiTE的载体和生产工厂，利用干细胞的肿瘤靶向归巢性能，将BiTE定向导入瘤体深处，在病灶区创造高浓度抗体环境，增强疗效。为实现这一目标，我们将构建携带BiTE基因的微环DNA(MCDNA)，利用纳米磷酸钙装载MCDNA和影像探针，并进行干细胞基因转染，实现基因表达和探针标记，最终达成干细胞介导的肿瘤靶向性免疫治疗及实时动态无创监测。项目将考察材料与胞内转染路径的调控关系，探究构效响应机制；同时，结合磁共振和生物发光双模态成像，非侵入性实时采集生物信息，监测体内干细胞归巢肿瘤途径，评价其效率；为研发具有临床应用价值的干细胞肿瘤免疫治疗奠定基础。

在人体的免疫系统中，细胞毒性T淋巴细胞扮演着重要的角色，它们的受体能够对表达目标抗原的细胞进行特异识别与结合，从而有效消除致病细胞。但是，一些病变如癌细胞，呈现抗原表达缺陷，使得机体免疫识别功能“丧失”，造成癌细胞“免疫逃逸”。因此，本项目旨在构建一种双特异性单链抗体（BsAb/BiTE），并利用基因修饰的干细胞作为抗体的生物活性载体和生产工厂，结合干细胞的肿瘤靶向归巢性能，实现BsAb抗体的高效递送；同时，通过分泌的BsAb，连接T细胞和癌细胞表面抗原，协助T细胞重新定位病变靶点，激活T细胞产生细胞免疫毒杀作用。经过4年的项目实施，已构建出携带抗体基因的微环DNA（MCDNA）系列体系，所表达的BsAb抗体分别能够对人B淋巴细胞瘤Raji、实体瘤人卵巢癌细胞系SKOV-3以及人肝癌细胞系HepG2实现高效识别。这类MCDNA基因载体，制备中去除了细菌骨架成分，可有效提高生物相容性并实现基因高效表达；同时，项目组建立了基于细胞膜、磷酸钙等组分的多类型MCDNA递送系统，并组装磁共振造影剂SPIO，初步实现基因递送与成像一体化。项目对材料转染性能进行了分析，对构效关系进行了初步探讨；同时，结合磁共振和光学双模态成像，完成了非侵入性生物信息的实时采集，初步检测体内干细胞显影性能和归巢评价；研究中，我们发现SPIO纳米粒子能够刺激间充质干细胞归巢，在外源低氧环境中细胞迁移相关蛋白表达增多，迁移性能显著增强；并且，细胞所分泌BsAb抗体能够激活免疫治疗，并促使免疫细胞表达出多种免疫因子。该研究在干细胞治疗、免疫治疗、药物递送与分子影像领域奠定了基础。同时，已在Biomaterials，ACS Applied Materials & Interfaces等国际知名学术期刊上发表11篇 SCI学术论文，并申请6项国家发明专利，培养了2名博士后，以及9名硕、博士研究生（含联合培养），毕业4人。