研究人员开发了一种新方法来安全地增强免疫细胞以对抗癌症

癌症是我们社会的怪物。根据美国癌症协会的数据，仅去年一年，美国就有超过 600,000 人死于癌症。对了解这种复杂疾病的不懈追求塑造了医学进步，开发侵入性较小但仍然非常有效的治疗程序。

免疫疗法作为一种可能的解决方案正在兴起。免疫疗法涉及利用人体免疫系统的力量来对抗癌细胞。工程学院的研究人员已经找到了一种方法，将治疗程序改进为开创性的实践。

化学工程副教授Rong Tong与材料科学与工程副教授Wenjun “Rebecca” Cai合作，探索研究人员长期以来一直感兴趣的癌症免疫疗法。在他们新发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的文章中，Tong和Cai详细介绍了他们的方法，其中包括激活体内的免疫细胞并重新编程它们以攻击和摧毁癌细胞。这种治疗方法经常使用蛋白质细胞因子。细胞因子是充当细胞间生化信使的小蛋白质分子，由人体的免疫细胞释放以协调其反应。

“细胞因子在刺激免疫细胞消除癌细胞方面是有效且高效的，”Tong说。“问题在于它们是如此强大，如果它们在全身自由漫游，它们会激活它们遇到的每个免疫细胞，这可能导致过度活跃的免疫反应和潜在的致命副作用。

Tong 和 Cai 与化学工程和材料科学与工程研究生合作，开发了一种创新方法，将细胞因子蛋白用作潜在的免疫疗法。与以前的方法不同，他们的技术确保免疫细胞刺激细胞因子在肿瘤内有效定位数周，同时保持细胞因子的结构和反应性水平。

联合力量打倒癌细胞

目前的癌症治疗，如化疗，无法区分健康细胞和癌细胞。当癌症患者接受化疗时，这种治疗会攻击他们体内的所有细胞，这可能导致脱发和疲劳等副作用。刺激人体的免疫系统攻击肿瘤是治疗癌症的一种很有前途的替代方案。细胞因子的递送可以启动肿瘤中的免疫细胞，但过度刺激健康细胞会引起严重的副作用。

“科学家们不久前确定细胞因子可用于激活和对抗肿瘤，但他们不知道如何将它们定位在肿瘤内部，同时又不会对身体其他部位产生毒性，”Tong说。“化学工程师可以从工程方法看待这一点，并利用他们的知识来帮助改进和提高细胞因子的有效性，以便它们能够有效地在体内工作。

研究小组的目标是在杀死体内癌细胞和保留健康细胞之间找到平衡。

为了实现这一目标，Tong和他的学生利用他们的专业知识创造了具有独特尺寸的特殊颗粒，以帮助确定药物的去向。这些微粒被设计为在注射到体内后留在肿瘤环境中。蔡和她的学生致力于测量这些颗粒的表面特性。

“在材料科学与工程领域，我们研究材料的表面化学和机械行为，例如为该项目创造的特殊粒子，”蔡说。“表面工程和表征以及粒径在受控药物递送中发挥着重要作用，确保药物长期存在和持续的治疗效果。

为了确保药物的成功递送，Tong和他的化学工程专业学生设计了一种新颖的策略，该策略：

• 将细胞因子锚定在这些新微粒上，限制细胞因子对健康细胞的伤害
• 允许新颗粒锚定的细胞因子启动免疫系统并招募免疫细胞来攻击癌细胞

“我们的策略不仅最大限度地减少了细胞因子诱导的对健康细胞的伤害，而且还延长了肿瘤内细胞因子的保留，”Tong说。“这有助于促进免疫细胞的募集，用于靶向肿瘤攻击。

该过程的下一步涉及将新的局部细胞因子治疗方法与美国食品和药物管理局（FDA）批准的市售检查点阻断抗体相结合，这些抗体可以重新激活已被沉默的肿瘤免疫细胞，以便它们能够抵抗癌细胞。

“当体内有肿瘤时，身体的免疫细胞就会被癌细胞失活，”Tong解释说。“FDA批准的检查点阻断抗体有助于”解除肿瘤对免疫细胞的刹车“，而细胞因子分子则”踩油门“以启动免疫系统并获得免疫细胞大军来对抗癌细胞。这两种方法共同作用以激活免疫细胞。

在他们的研究中，将检查点抗体与颗粒锚定的细胞因子相结合，被证明可以成功消除许多肿瘤。

工程对癌症治疗的影响

团队成员希望他们对免疫疗法的影响是朝着对健康细胞无害的癌症治疗方法的更大运动的一部分。据该团队称，将细胞因子附着在颗粒上的新方法也将来可用于递送其他类型的免疫刺激药物。

“研究人员仍在寻找更安全、更有效的癌症治疗方法，”Tong说。“这种动力是推动我们在该领域开发新技术的动力。用于启动免疫系统以对抗癌细胞的整类药物在很大程度上尚未成功。我们的目标是创造新的解决方案，使研究人员能够用现有的FDA批准的治疗方法来测试这些药物，确保安全性和增强的疗效。

蔡说，癌症治疗研究的本质需要跨工程学科的专业知识。

“我认为这个项目是化学工程和材料科学的完美结合，”蔡说。“前者侧重于合成和药物递送部分，后者侧重于应用先进材料表征。这种合作不仅加速了免疫疗法的研究，而且有能力改变癌症治疗。