基于微流控芯片转染技术的T细胞基因编辑及其在肿瘤免疫疗法中的应用研究

T-cell genome engineering holds great promise for cell-based therapies, however, safe and efficient genetic manipulation of human primary T cells has been challenging all the time. In our previous study, we have developed a novel microfluidic cell deformation method and successfully delivered large macromolecules into different cell types including hard-to-transfect cells (Han X, et al. Sci. Adv. 2015; Adv. Biosyst. 2017), which implies great potential of the unique platform in therapeutic engineering of primary human T cells. In this project, we aim to combine microfluidic cell transfection with CRISPR-Cas9 based genome editing technologies to explore the feasibility, safety and efficiency of non-viral T cell genome targeting in specific sites. In this study, we will detect the effects of different transfection methods on the expression profiles of key functional transcripts in human T cells. We will also verify the ability of edited-T cells to recognize the surface antigen of cancer cells and the ability to kill tumors. The study will provide novel strategies for accelerating clinical applications in T cell-mediated cancer immunotherapy.

T细胞基因编辑在细胞治疗领域具有重大的应用前景，但对人原代T细胞进行安全高效的基因编辑和改造一直都是巨大挑战。本项目组前期研究开发了一种新型微流控芯片细胞转染技术，可将常规方法难以转染的大分子成功递送和运输进细胞（Han X, et al. Sci. Adv. 2015; Adv. Biosyst. 2017），提示此项新技术可以用于人原代T细胞的基因编辑和细胞治疗。本课题将基于已有工作基础，结合微流控细胞转染和CRISPR-Cas9基因编辑技术，探索新型微流控机械拉伸方法在T细胞基因组特定位点编辑的可行性﹑有效性和安全性，检测不同转染方法对T细胞关键功能基因转录表达的影响，验证基于微流控芯片基因编辑过的T细胞对癌细胞表面抗原的识别能力和对肿瘤的杀伤能力，为将T细胞介导的肿瘤免疫疗法更好地推向临床应用提供新的方法和思路。

基于CRISPR 的 T 细胞编辑将为肿瘤免疫、艾滋病以及先天性免疫缺陷等疾病提供了新的治疗方案，具有重要的理论意义和迫切的临床需求。本项目主要开展建立基于微流控芯片转染技术的T细胞基因编辑和癌症免疫治疗的新技术平台的应用研究，以实现快速灵活﹑安全有效的T细胞分子递送﹑基因编辑和改造为主要目标。本项目建立了基于微流控芯片转染技术的T细胞基因编辑和癌症免疫治疗的新技术平台，聚焦新的肿瘤分子靶标发现和肿瘤免疫治疗新策略，研发了自主知识产权的细胞内大分子药物递送技术,克服了T细胞等难转染细胞基因编辑的瓶颈，为肿瘤免疫疗法等细胞治疗提供了新的策略。作为一项新兴的基因治疗策略，CRISPR基因编辑技术可以通过永久改变致癌或抑癌基因的表达水平来治疗癌症，有效克服传统肿瘤治疗过程中存在的耐药和应激耐受性等问题。然而，如何精确靶向特定细胞类群、诱导对治疗有效的基因编辑水平一直以来都是制约基因编辑疗法最终能否走向临床应用的关键因素和技术瓶颈。因此，申请人开发了多种基于纳米材料的时空特异性调控的基因编辑体内给药系统，实现了近红外光（光热）精准调控基因编辑、肿瘤微环境（乏氧、pH/谷胱甘肽）响应的基因编辑，并将此技术成功应用于恶性肿瘤包括基因治疗、化疗、光热治疗、光动力治疗、气体治疗、免疫治疗以及中药治疗的协同组合治疗中，克服了肿瘤对于单一治疗方式的应激耐受问题，为精确靶向特定细胞类群降低基因编辑脱靶效应、诱导对治疗有效的基因编辑水平和肿瘤抑制效果提供了新的思路和策略。申请人近2年相关成果以通讯作者发表在Angewandte Chemie, Small, Biomaterials, Acta Pharmaceutica Sinica B, Advanced Healthcare Materials, Biosensors and Bioelectronics, Journal of Experimental & Clinical Cancer Research，TrAC Trends in Analytical Chemistry等国内外主流学术论文15篇，其中3篇杂志封面或封底文章。