基于DNA自组装技术的人工抗原呈递细胞设计构建及其免疫功能评价

Artificial antigen presenting cells play an important role in T cell activation studies and adoptive immunotherapy. By simulating the three-dimensional spatial distribution of immunostimulatory molecules on the surface of natural antigen presenting cells, it is expected to construct a new generation of highly efficient artificial antigen presenting cells with optimized immune stimulating function. This project intends to construct novel artificial antigen presenting cells based on red blood cells using DNA self-assembly technology: using cholesterol functionalized DNA with different sequences for regulating the lateral distribution of major histocompatibility complex-antigen peptide complex (pMHC) and costimulatory molecules on the surface of red blood cells through bottom-up assembly; adjusting the length of the DNA strands can regulate the longitudinal distribution of them; by systematically evaluating the influence of the three-dimensional distribution of pMHC and costimulatory molecules on the surface of the red blood cells on the immune stimulating function, a functionally optimized red blood cell-derived novel artificial antigen presenting cell can be obtained. Red blood cells are good matrix materials for artificial antigen presenting cells with good safety, long circulation time, good infiltration and flexibility; DNA self-assembly technology has significant advantages in controlling molecular spatial distribution compared with general chemical methods. This project is expected to propose innovative artificial antigen presenting cell construction strategies, providing potential tools for T cell activation research and tumor immunotherapy.

人工抗原呈递细胞在T细胞活化研究和过继性免疫治疗中发挥重要作用。通过模拟天然抗原呈递细胞表面免疫刺激分子的三维空间分布，有望构建免疫刺激功能优化的新一代高效人工抗原呈递细胞。本项目拟利用DNA自组装技术基于血红细胞构建新型人工抗原呈递细胞：利用序列不同的胆固醇功能化DNA通过自下而上的组装方式调控主要组织相容性复合物-抗原肽复合物（pMHC）和共刺激分子在红细胞表面的横向分布；通过调节DNA链长，可以调控其纵向分布；通过系统评价pMHC和共刺激分子在红细胞表面的三维分布对其免疫刺激功能的影响，可获得功能优化的红细胞来源新型人工抗原呈递细胞。红细胞具有安全性好、循环时间长、良好的浸润性和柔性等特点，是人工抗原呈递细胞的良好基质材料；DNA自组装技术相比于一般化学手段，在控制分子空间分布方面具有显著优势。本项目有望提出创新的人工抗原呈递细胞构建策略，为T细胞活化研究和肿瘤免疫治疗提供潜在工具。

人工抗原呈递细胞是T细胞活化研究和过继性肿瘤免疫治疗的重要工具。先前人工抗原呈递细胞构建主要是将T细胞活化所需配体通过一般的化学手段随机连接到生物相容性好的颗粒表面。然而，研究显示T细胞活化配体的三维空间分布对T细胞活化增殖具有重要影响。.在本基金的资助下，申请人利用DNA介导的自组装成功地在血红细胞表面实现了T细胞活化配体的三维空间分布调控。利用一端脂质修饰的单链DNA以及DNA杂交可以实现肽-主要组织相容性复合物（pMHC）和共刺激配体在红细胞膜表面的组装和均匀分布。一端脂质修饰另一端生物素修饰的双链DNA可以实现对红细胞膜的生物素修饰以及亲和素修饰。接着通过生物素和亲和素的交联可以实现生物素标记的pMHC在红细胞表面的横向异质性分布。利用双链DNA的刚性，还可以通过调节DNA的长度调控pMHC和红细胞表面的间距。研究发现pMHC在红细胞表面横向异质性分布能够更有效地刺激T细胞增殖，而且pMHC与红细胞膜间距离短会更有利于刺激T细胞增殖。上述发现为构建优化的人工抗原呈递细胞提供重要理论支撑。.基于上述研究，进一步构建了基于外周血淋巴细胞的人工抗原呈递细胞，用于肿瘤免疫治疗。淋巴细胞，包括T细胞和B细胞，在淋巴组织中，T细胞富集在一起，相互紧密接触；B细胞进入淋巴组织过程中也会与T细胞接触。因此，利用淋巴细胞构建的人工抗原呈递细胞有可能在活体内更有效地刺激抗原特异性T细胞增殖。采用上述DNA介导的自组装，我们也成功地在淋巴细胞表面实现了T细胞活化配体的空间分布调控。该基于淋巴细胞的人工抗原呈递细胞不仅可以在体外有效的刺激抗原特异性T细胞活化，而且可以在活体内靶向淋巴器官，从而有效刺激抗原特异性T细胞的活化。该基于淋巴细胞的人工抗原呈递细胞在肿瘤免疫治疗方面具有重要潜力。