CAR-T细胞在复发或难治性B细胞恶性肿瘤和多发性骨髓瘤患者治疗中产生了令人印象深刻的临床结果。然而,目前的CAR-T治疗策略仍旧存在一些安全性等方面的限制,使得发现用于细胞治疗的替代免疫细胞成为重要因素。NK细胞,特别是iPSC-NK细胞,是一种很有前途的T细胞治疗替代品,基于它们已被证明的安全记录,用作异体治疗的能力,以及大量生产并被储存成现成治疗的能力。
hESC可以分化为三种初级胚层,进一步分化造血祖细胞和特定的髓系、红系和淋巴系群体[1]。从hESCs/诱导多能干细胞中提取NK细胞的方法的改进,现在可以在临床规模上产生同质的、功能性的NK细胞[2]。
获得造血来源细胞的最初方法包括将hESC与辐照的基质细胞系共培养以产生CD34+CD45+造血祖细胞,随后使用第二种基质细胞系与确定的细胞因子结合产生成熟的NK细胞[3]。后续的研究改进了从hESC/诱导多能干细胞中产生的NK细胞,以消除使用含血清的培养基和基质细胞。一个“胚状体(EB)”方案产生造血类器官,包含造血祖细胞,以及内皮细胞和间充质细胞。这些造血祖细胞在确定的条件下分化为NK细胞[4]。在IL-2和K562细胞的存在下,hESC/NK来源的NK细胞也可以进一步扩展,这些细胞将4-1BB配体和IL-21呈现给NK细胞[5]。
从人胚胎干细胞(HESCs)生成胚状体(EBs)[4]
hESC/iPSC来源的NK细胞再现了原代NK细胞的许多关键特征。它们表达重要的NK细胞标记物,如CD56、CD94、NKG2D、NKp44、NKp46、CD16和KIRs,并对多种实体肿瘤和血液系统恶性肿瘤表现出强大的细胞毒性[6]。其他从人类诱导多能干细胞中获得NK细胞的其他方法也已被证实,包括在Wnt依赖和Wnt不依赖条件下获得的NK细胞之间的发育和功能差异。像CB和PB-NK细胞,hESC/NK来源的NK细胞显示细胞毒性通过溶解颗粒释放穿孔素和颗粒酶,产生促炎细胞因子干扰素(IFN-γ)和肿瘤坏死因子α(TNFα),并通过TRAIL和Fas-FasL相互作用直接细胞接触介导的细胞凋亡[7]。
hiPSC衍生NK细胞在体外和体内表现出稳定的CD16表达和改善的
抗体依赖性细胞毒性[7]
有学者对来自诱导多能干细胞的NK细胞与原代NK细胞和NK细胞系的作用是否一致这个问题同样展开了研究。体内卵巢癌异种移植模型显示,iPSC-NK的细胞毒性与PB-NK细胞相当[8]。另一组研究发现,与供体PB-NK细胞相比,iPSC-NK细胞对多种卵巢癌、结肠癌和乳腺癌细胞系具有更大的细胞毒性[9]。
从人造血干细胞生产NK细胞的两阶段方案示意图[9]
迄今为止,关于NK细胞反应的持久性、对靶肿瘤的归巢以及克服免疫检查点的能力等问题仍有待回答。通过基因工程和基因编辑技术,iPSC衍生的NK细胞扩增和靶向的进展有望解决这些问题,并使iPSC衍生的NK更接近治疗血液和实体恶性肿瘤的临床选择。
[1] Parolini O, Alviano F,et al. Concise review: isolation and characterization of cells from human term placenta: outcome of the first international Workshop on Placenta Derived Stem Cells. Stem Cells. 2008 Feb;26(2):300-11. doi: 10.1634/stemcells.2007-0594.
[2] Knorr DA, Ni Z,et al. Clinical-scale derivation of natural killer cells from human pluripotent stem cells for cancer therapy. Stem Cells Transl Med. 2013 Apr;2(4):274-83. doi: 10.5966/sctm.2012-0084.
[3] Kmieć Z. Cooperation of liver cells in health and disease. Adv Anat Embryol Cell Biol. 2001;161:III-XIII, 1-151. doi: 10.1007/978-3-642-56553-3.
[4] Ng ES, Davis R, et al. A protocol describing the use of a recombinant protein-based, animal product-free medium (APEL) for human embryonic stem cell differentiation as spin embryoid bodies. Nat Protoc. 2008;3(5):768-76. doi: 10.1038/nprot.2008.42.
[5] Denman CJ, Senyukov VV, et al. Membrane-bound IL-21 promotes sustained ex vivo proliferation of human natural killer cells. PLoS One. 2012;7(1):e30264. doi: 10.1371/journal.pone.0030264.
[6] Woll PS, Martin CH,et al. Human embryonic stem cell-derived NK cells acquire functional receptors and cytolytic activity. J Immunol. 2005 Oct 15;175(8):5095-103. doi: 10.4049/jimmunol.175.8.5095.
[7] Zhu H, Blum RH,et al. Pluripotent stem cell-derived NK cells with high-affinity noncleavable CD16a mediate improved antitumor activity. Blood. 2020 Feb 6;135(6):399-410. doi: 10.1182/blood.2019000621.
[8] Hermanson DL, Bendzick L,et al. Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Natural Killer Cells for Treatment of Ovarian Cancer. Stem Cells. 2016 Jan;34(1):93-101. doi: 10.1002/stem.2230.
[9] Zeng J, Tang SY, Toh LL, Wang S. Generation of "Off-the-Shelf" Natural Killer Cells from Peripheral Blood Cell-Derived Induced Pluripotent Stem Cells. Stem Cell Reports. 2017 Dec 12;9(6):1796-1812. doi: 10.1016/j.stemcr.2017.10.020.
一米生物创立于2017年,是一家核心发展基因细胞治疗(GCT)、类器官研究、干细胞转化医学、及分子诊断等技术,以及开发生物样本采集与保存的国家级高新技术企业。公司目前总面积1万多平,建有十万级净化车间,并通过了南德TÜV13485质量体系认证。
公司重视人才和关键技术的发展和储备,立足于为客户需求开发产品并将解决方案做到极致的信念。研发生产的众多产品已获得国内医疗器械备案及注册证,欧盟CE认证和美国FDA备案,其中一体式唾液采集器荣获中国和美国发明专利授权。公司建立以来,坚持践行诚信、合作、勇于突破的理念,获得诸多第三方检验所、CGT工业、科研院所等行业顶层客户的信任与合作。
一米生物深耕生命科学研究与诊断技术领域,致力于为人类健康防治和疾病精准诊断的发展服务。
微信号|一米生物
服务热线|400-097-3606