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用生物电子分析测量实时细胞治疗效力

癌症免疫疗法。来源:贝勒医学院国家癌症研究所/邓肯综合癌症中心的丽塔·埃琳娜·塞尔达。

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随着CAR - T细胞获得更多监管部门的批准,并在临床获得关注,癌症治疗的前景正在迅速改变。第一个被批准的CAR - t细胞疗法,用于治疗急性淋巴细胞白血病,目前已在美国上市130多个治疗中心.随着CAR - T细胞越来越容易被患者使用,市场预计将会增长:到2030年,一个预测预测CAR - t细胞市场价值将达到61亿美元。CAR - T细胞只是一个开始;细胞疗法的开发人员继续寻求更好的方法。例如,自然杀伤细胞是另一种细胞毒性免疫细胞,不仅能杀死癌细胞,还能增强受体自身对癌症的免疫反应。研究表明,这些细胞甚至可以产生更安全、更有效的疗法,而且制造成本可能更低。

但细胞疗法仍是新事物,开发人员仍在了解生产细胞疗法所面临的独特挑战。这个过程需要使用活细胞,这使得发育复杂化。开发人员必须确定正确的分子靶标,了解对其功能至关重要的分子途径,并优化制造过程。因此,开发人员必须采用能够帮助解决这些问题的分析方法,并为从开发到制造到监管批准的决策提供信息。

CAR - t细胞开发者面临的挑战

百分之五十七
目前正在开发的细胞免疫疗法中的一种是CAR - T细胞,确保这些细胞安全性和有效性的一个关键是确定正确的靶标。适当设计的CAR - T细胞以高特异性靶向癌细胞上的蛋白质标记物。例如,今天被批准的CAR - T细胞主要通过靶向表达CD19分子的细胞来治疗血癌。然而,这种分子并不存在于所有癌细胞上,因此开发人员必须确定其他靶点来治疗其他癌症。与此同时,实体肿瘤通常表达多个靶点,其中一些靶点可能在健康细胞表面低水平存在,这可能导致脱靶效应。因此,CAR - T开发的一个关键挑战是确定将导致最大有效性和最小不良事件的靶点。

除了确定正确的目标,开发人员还必须优化CAR - T开发工作流程的其他方面,以生产出有用的产品。由于CAR - T细胞是一种活的产品,开发人员必须依靠这一过程中固有的生物机制来生产和扩大他们的疗法。他们的成功取决于建立最优的条件CAR基因的转导效率、细胞扩增和低温保存。与此同时,开发人员必须持续评估所有这些因素最终如何影响他们的疗法的效力。

为细胞疗法设计理想的效力测定法

预测免疫细胞功能的一种方法是免疫免疫在体外效能分析。这些分析产生的数据可以帮助开发人员确定其方案的变化如何影响免疫细胞效力,并可以成为早期临床试验决策的关键,以确保更简化的过程。

一种理想的细胞效力测定方法将使开发人员能够可靠地测试免疫细胞杀死癌细胞的能力,同时提供免疫细胞功能的完整视图。由于有如此多的潜在靶标、细胞来源和生物过程可供使用,开发人员需要一种检测方法来帮助他们有效地对候选治疗药物进行排名,并尽早筛选出次优批次。这种筛选能力将帮助制造商节省宝贵的时间和金钱。

细胞疗法开发人员可以使用许多工具来测量效力,但其中许多方法既费力又昂贵,并且不能以足够高的分辨率收集足够的数据来检测供体和方法之间的微小差异。在发展的过程中,这些微小的变化会累积起来。传统上最常用的测量免疫细胞介导杀伤的方法是铬释放试验,它只揭示必须由研究人员预先确定的不同时间点的信息。CAR - T活性因批次而异,因此很难预测关键时间点。例如,根据细胞来自哪个供体,CAR - T细胞的50%杀伤时间、最大反应时间或持久性可能会有所不同。由于忽略了这些点,依赖于预定义时间点的分析将无法捕捉到免疫细胞介导的杀伤的完整动态,并可能误导开发人员,使他们相信CAR - t细胞疗法比实际效果更有效或更不有效。


图1:在微量滴度板的孔底,嵌入细胞培养底物的交错电极。


用于活细胞效能监测的生物电测定

与传统方法不同,生物电子分析提供了免疫细胞活性的实时评估。这些分析是在每个孔底部嵌入电极的微量滴定板上进行的(图1)。没有染料或标签,这些电极通过测量阻抗非侵入性地检测细胞活力。更具体地说,他们测量了井中细胞阻碍电信号通过其下电极的大小(图2)。阻抗随着活细胞附着在井中而上升,随着细胞死亡和分离而下降。像这样的阻抗试验,由于是非侵入性的,可以连续监测免疫细胞介导的癌细胞杀伤的动态。事实上,开发人员可以在实验结束时使用相同的培养物进行多次测试,以评估不同的参数,并从每口井中获得更多数据。总的来说,这些分析使细胞疗法开发人员能够量化他们的疗法的效力,并帮助预测他们的整体有效性。

图2:生物电极检测电流阻抗的微小变化是由细胞在阱中的存在、附着和行为引起的。

最近的一项研究 美国佐治亚大学副教授Lohitash Karumbaiah博士和他的同事们使用了一种这样的生物电实验来验证胶质母细胞瘤GD2的潜在治疗靶点。 这个团队目的是研究gd2靶向CAR - T细胞介导的胶质瘤干细胞杀伤随时间变化的动态。首先,研究人员在含有生物电极的96孔板中培养N08胶质瘤干细胞,两天后,他们以不同的效靶比添加CAR - T细胞。在接下来的七天里,研究人员观察了CAR - T细胞和胶质瘤细胞的相互作用。他们发现他们的CAR - T细胞,即使在0.1:1的最低效靶比下,也能杀死至少50%的靶细胞,这表明GD2可能是胶质母细胞瘤治疗的一个有希望的靶点。

期待

随着CAR - T细胞越来越流行,药效监测的价值将变得更加清晰。使用生物电极测量免疫细胞效力的分析为细胞治疗的发展提供了一种新的方法。它们不仅提供数据,帮助开发人员优化工作流程,还有助于预测疗法的安全性和有效性。最终,基于阻抗的生物电子分析将帮助制造商加速CAR - T的开发,并生产出为更多人带来更大益处的疗法。

作者简介:

吉姆·罗斯博士是Axion生物系统公司的首席技术官和联合创始人。

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