今天，一种令研究人员兴奋的先进癌症治疗方法涉及收集和重新编程病人的T细胞--一组特殊的免疫细胞--然后将它们放回体内，准备检测和摧毁癌细胞。尽管这种方法对白血病等癌症很有效，但在治疗实体瘤方面却很少成功。现在，斯坦福大学的工程师们已经开发出了一种传递方法，增强了改良免疫细胞的 “攻击力”，这些细胞被称为嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞。
研究人员将CAR-T细胞和专门的信号蛋白添加到水凝胶中（一种充满水的凝胶，具有与生物组织相同的特征），并将该物质注射到肿瘤旁边。根据4月8日发表在《科学进展》上的一项新研究，这种凝胶在体内提供了一个临时环境，免疫细胞在其中繁殖和激活，准备对抗癌细胞。这种凝胶就像一支漏水的钢笔，泵出激活的CAR-T细胞，随着时间的推移不断攻击肿瘤。
斯坦福大学材料科学与工程系副教授、该论文的资深作者Eric Appel说：“CAR-T细胞领域的很多工作都集中在如何制造更好的细胞本身，但对如何使细胞在体内更有效却关注得很少。因此，我们所做的完全是对设计更好细胞的所有努力的补充。”
目前，静脉（IV）输液是CAR-T细胞的主要管理模式。在这种方法中，细胞进入血液并流经整个身体。但这种方法对于治疗实体瘤并不理想，因为实体瘤通常很密集，存在于特定的位置，并且有躲避和抵御免疫细胞的防御措施。
该研究的主要作者、化学工程专业的博士生Abigail Grosskopf说：“这有点像一个充满了可怕的东西试图击退这些T细胞的战斗领域。所以CAR-T细胞很难渗入攻击该肿瘤。”
为了强有力地激活CAR-T细胞以根除肿瘤，这些细胞必须长期暴露在高浓度的专门信号蛋白中。这些蛋白质被称为细胞因子，告诉工程免疫细胞迅速复制并准备摧毁肿瘤。然而，如果通过静脉滴注进行系统输送，发起有效攻击所需的细胞因子数量将对身体的其他部分产生毒性。
相反，Grosskopf和她的同事创造了一种凝胶，可以在肿瘤附近暂时容纳细胞因子和CAR-T细胞。免疫细胞在那里生长和增殖，在身体内部，并不断被释放出来，轰击癌症的生长。
凝胶由水和两种成分组成：一种由纤维素制成的聚合物，一种在植物中发现的材料和可生物降解的纳米粒子。当结合在一起时，这两种成分像分子尼龙搭扣一样结合在一起--它们想粘在一起，但很容易被撬开。
“这种材料可以通过小针注射，”Grosskopf说。“然而，在它被注入后，‘维可牢’再次找到自己，并改革成一个坚固的凝胶结构。”
凝胶的网状结构织得很紧，足以防止微小的细胞因子滑出。同时，该结构的连接足够脆弱，以便CAR-T细胞能够打破它们，并在准备打击癌细胞时挣脱。
治疗小鼠体内的肿瘤
在确定了提供癌症治疗的最佳凝胶配方后，研究小组在患有肿瘤的小鼠身上对其方法进行了测试。
Grosskopf发现，所有注射了含有CAR-T细胞和细胞因子的凝胶的实验动物在12天后变得没有癌症。她和她的同事还尝试在凝胶中只提供CAR-T细胞，但一些小鼠的肿瘤消失得更慢或根本没有。通过静脉滴注或在生理盐水中而不是在凝胶中提供治疗，对肿瘤的效果更差。
此外，这种凝胶并没有在小鼠体内诱发不良的炎症反应，而且它在几周内就会在体内完全降解。
研究小组还尝试在离肿瘤更远的地方注射凝胶治疗--在小鼠身体与癌细胞生长相反的一侧。令所有人惊讶的是，所有动物的肿瘤仍然消失了，尽管它所花的时间是在肿瘤附近添加治疗时的两倍左右。
“我们所评估的主要是你可以在旁边注射的肿瘤。但不幸的是，我们仍然无法进入身体的所有组织，” Appel说。“这种远离肿瘤的注射能力真正打开了可能治疗任何数量的实体瘤的大门。”
Appel说他的实验室的下一组实验将进一步探索凝胶输送方法治疗远处肿瘤的能力。总的来说，这项研究提出了一种简单而有效的方法来改善一种有前途的癌症治疗。
“我认为我们的凝胶的一个很大的好处是它们很容易制作。你把两样东西混合，然后注射，”Grosskopf说。“我们需要做一些更多的临床前工作，但我认为它有很大的前景。”