CAR技術

(Chimeric Antigen Receptor –T )嵌合抗原受體 T細胞

何謂CAR-T(Chimeric Antigen Receptor )嵌合抗原受體 T細胞?

「嵌合抗原受體重組T細胞 (Chimeric Antigen Receptor T-cell immune therapy,CAR-T)」是以自體T細胞經過基因工程將一可辨識癌細胞表面標記的CAR基因裝載到T細胞上,改造成CAR-T來毒殺癌細胞。其概念像是在T細胞上面裝上一個辨識癌細胞的GPS,當CAR-T在體內遇到癌細胞的時候,就會辨識鎖定癌細胞,並啟動毒殺癌細胞的反應,精準而迅速。

第一代CAR-T 細胞療法最早於1989 年開始研發,但效果並不理想。經過更新改良成第二代後,近幾年開始應用於臨床,並在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治療上有十分顯著的療效,被認為是最有前景的腫瘤治療方式之一。與其它免疫療法類似,是利用病人自身的免疫細胞(T細胞)來清除癌細胞,是一種「活的細胞藥物」。CAR-T 的主要製造流程是通過分選出病人體內的T 細胞,然後將這種CAR 基因(嵌合抗原受體)導入並誘導表達,這些T 細胞便能夠表達CAR結構於細胞表面。隨後將這些經過基因修飾的CAR-T 細胞在實驗室進行體外增殖培養並最終輸回原患者體內,這些CAR-T 細胞便能夠利用他們表達的CAR 結合癌細胞表面標記,進而強效啟動T 細胞,快速摧毀癌細胞。

Antigen Receptor )的結構

T 細胞的活化需要雙信號途徑。第一信號為T 細胞表面受體(T Cell Receptor,TCRs)與抗原呈遞細胞上的主要組織相容性複合物(MHC)結合,第二信號為抗原呈遞細胞上的共刺激分子B7 家族分子與T 細胞上的配體CD28 結合,產生協同刺激信號。在雙信號共同刺激之下,T 細胞活化增殖為細胞毒性T 細胞(Cytotoxic T Cells, CTL)。當CTL 再次遇到攜帶相同MHC 抗原肽複合體的腫瘤細胞時,就會與之結合並分泌穿孔素、顆粒酶細胞因數等進而直接將腫瘤細胞溶解。

CAR-T 細胞免疫療法的關鍵一環便是CARs 的結構設計。CARs 的基礎設計中包含一個細胞外的抗原識別域和一個細胞內的信號域。抗原識別域最常由一個scFv (Single-chain Variable Fragment)組成,通過鉸鏈結構域和/或跨膜結構域固定在細胞上,用於結合腫瘤相關抗原(Tutor, Associate Antigen, TAA)。細胞內的部分由啟動T 細胞必需的信號域組成。目前已上市或臨床研究中之CAR(嵌合抗原受體)主要是分為胞外區、跨膜區和胞內區三個結構域,本質上是由不同蛋白功能結構域串聯形成的膜蛋白。細胞外結構域通常是分離自抗原特異性單株抗體的scFv 片段。細胞內結構域是包含來源於TCR中的CD3-ζ 結構域,啟動和共刺激信號。根據信號分子的數量,CAR 分為第一代,第二代和第三代CAR。第二代的CARs 利用第一代的CARs 作為一種支柱,增加了一個額外的共刺激信號域,稱為“信號2”(Signal 2);因此,相同的受體需傳遞“信號1”和“信號2”以優化T 細胞的啟動。第二代靶向CD19 的CAR-T 細胞包括了CD3ζ 和CD28 信號,與一代CD19-CAR-T 相比,回輸到非霍奇金淋巴瘤患者中的持久性和擴增性增強了。在過去的5 年中,包含CD28 或4-1BB(CD137)共刺激信號域的二代CD19- CAR-T 療法被證明對B-ALL 患者臨床有效。

CAR-T細胞治療流程

其治療過程必須先從患者身上分離免疫T細胞,並利用基因工程技術給T細胞加入一個能識別腫瘤細胞元素,讓T細胞具有殺死腫瘤細胞的嵌合抗體,這樣T細胞就變身為CAR-T細胞。最後藉由體外培養,大量擴增CAR-T細胞,再注入至患者體內

CAR-T 細胞製造生產流程圖

(1) T細胞採集與分離:首先利用白血球分離術採集患者自身的外周血單核細胞作為CAR-T的原料。

(2) T細胞CAR基因轉導:通過基因改造,利用病毒載體將CAR轉導入T細胞,讓T細胞於細胞膜上表現CAR結構。攜帶CAR基因的病毒載體被認為是CAR-T細胞製造過程的關鍵原料,也是在CAR結構設計之外另一個關鍵核心技術。

(3) CAR-T細胞擴增: CAR-T細胞擴增的速度與細胞純度,為CAR-T 細胞療法成功與否的關鍵。目前CAR-T細胞療法其適應症為的血癌或淋巴癌末期病患,此病患在無有效藥物控制下其存活時間非常短,CAR-T細胞擴增至治療有效數量之時間越短,製造成功率越高,其整體CAR-T治療效果越顯著,且病人存活率也對提高。

(4) CAR-T細胞回輸:病人回輸前,為提高CAR-T治療的效果,會接受剔除性化療,再將擴增好的CAR-T 細胞通過靜脈輸入人體。

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