靶向肿瘤微环境的智能纳米粒子多点增效及精准激活的胃癌CAR-T治疗模式探索

Gastric cancer is the main cause of cancer-related death in China. Chimeric Antigen Receptor T-Cell (CAR-T) immunotherapy based on Carcino-Embryonic Antigen(CEA) is promising but hampered with severe adverse reactions, poor penetrating ability and complicated CAR structure. Based on two previous nantional science foundation, we established polyethylene glycol (PEG)-poly (ε-caprolactone) (PCL)-gelatinase-responsive nanoparticles, which target gastric cancer microenvironment specifically. In the current work, based on On-switch Split CAR-T, we plan to construct gelatinase-responsive nanoparticles loaded with AP21976, CAR-T switch and IL-12, a tumor microenvironment regulatory factor. The nanoparticles and T cells are coated with iRGD, a tumor penetrating peptide, in order to promote the ability of penetration. Therefore, the CAR-T with simpler strcuture can realize complicated function and reduced adverse effect. Then the effectiveness of this system is studied on nude mice patient-derived tumor xenografts (PDTX) of gastric cancer, focusing on specific activation of CAR-T, the decrease of adverse reactions, and the promotion of penetrating ability. We hope that this research program will provide scientific evidence to develop new targeted drug carriers and CAR-T immunotherapy, and transit them to clinical application.

胃癌是亚洲及中国癌症死亡的最重要病因之一。针对CEA的胃癌CAR-T治疗显示出一定前景，但存在副作用严重，穿透性差，结构复杂等问题。申请人在前期两项国科金项目中，已采用FDA批准用于人体的高分子PEG-PCL，构建了特异性靶向胃癌微环境的智能型明胶酶靶向纳米粒子。本课题拟在此基础上构建可即时激活的Split CAR-T，创新性地以明胶酶靶向纳米粒子共同负载Split CAR-T的开关分子AP21976和免疫微环境调节因子IL-12，修饰以高穿透肽iRGD，以期降低脱靶效应和细胞因子风暴带来的副作用，提高T细胞穿透能力。在前期建立的裸鼠人源性肿瘤异种移植胃癌模型（PDTX）上，着重研究复合系统在特异性激活CAR-T，降低脱靶效应等副作用，提高肿瘤组织穿透性等方面的优势。为晚期难治性胃癌的治疗提供新思路，也为我国潜在自主知识产权的新型靶向载体药物和CAR-T模式的研制及向临床过渡提供科学依据。

本课题的研究背景主要是拟采用项目主持人前期已经成功构建的靶向纳米药物投递系统，解决实体瘤CAR-T领域存在的最为突出的两个瓶颈问题：脱靶效应和细胞因子风暴。在本项目中，我们选取脱靶效应最为明确，并在临床试验中曾经导致患者死亡的HER-2作为CAR-T靶点，进行了以下工作：（1）成功构建了负载CAR-T开关分子AP21976的明胶酶靶向纳米粒子，各项参数均进行质控；（2）成功构建了On Switch Split CAR-T，稳定转染的CAR-T细胞的体外活化增殖能力良好，并且仅在开关分子存在时才具有杀伤HER-2+的胃癌细胞的作用。（3）通过动物实验，对于荷HER2+的胃癌的小鼠进行CAR-T治疗，证明了只有注射开关分子后，CAR-T细胞才具有抗肿瘤活性，且采用临床常用的雷帕霉素（AP21976类似物）代替开关分子后，同样可以取得满意的疗效。对比裸药组，纳米粒子组明显降低了开关分子的毒性和CAR-T引起的全身皮肤反应。以上结果基本证明，纳米开关分子可以有效降低CAR-T因为靶向肿瘤相关抗原而引起的问题。目前该项目已申请国家发明专利，正处于实质性审查阶段。.本课题实施期间，共发表学术论文14篇，其中SCI论文11篇，其中第一标注7篇，总影响因子61.3，IF15.0以上的论文1篇（Advanced Functional Materials),IF5.0以上的论文5篇，中科院1区2篇，中科院2区7篇。参加国际会议8次，先后获得2019年江苏省科学技术奖一等奖，2019年江苏省医学科技一等奖，2017年教育部高等教育优秀成果奖（科学技术进步）二等奖。本课题的延续性研究，主要涉及免疫微环境调控，已于2019年获得国家自然科学基金面上项目资助（81972192）。. 目前实体瘤CAR-T领域应用的靶点大多为肿瘤相关抗原，脱靶效应不可避免；细胞因子风暴则是所有CAR-T临床应用中面临的问题，本课题研发的纳米开关分不仅被证明可以有效解决这两个难题，还具有如下特点：（1）采用FDA批准用于人体的材料，具有安全性和快速转化潜力 ；（2）载体本身已获得国家发明专利，有独立知识产权；（3）负载的雷帕霉素是临床常用药物，不存在使用壁垒。更重要的是，纳米开关分子是一种普适策略，其发挥作用与CAR-T的识别靶点无关，因而具有广泛的临床应用前景。