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新加坡国立大学（NUS）的研究人员开发了一种可扩展的非病毒技术，可以有效地将遗传物质输送到人类免疫细胞中。
新加坡国立大学（NUS）的研究人员开发了一种可扩展的非病毒技术，可以有效地将遗传物质输送到人类免疫细胞中。该平台被称为纳米秸秆电致转染（NExT），利用微小的空心纳米结构和电脉冲将各种生物分子——蛋白质、mRNA和基因编辑工具——高效、最小程度地插入免疫细胞。
该团队由设计与工程学院生物医学工程系助理教授Andy Tay和新加坡国立大学健康创新与技术研究所领导，他们证明了NExT可以在一次运行中将遗传物质转染到1400多万个免疫细胞中，包括难以工程化的细胞类型，如gamma-deltaT细胞、T调节细胞、树突状细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞和中性粒细胞正在被开发为替代性免疫细胞疗法。
NExT使基因传递更快，破坏性更小，从而有助于降低制造成本，提高工程细胞产品的一致性，包括用于嵌合的产品抗原受体T（CAR-T）细胞治疗癌症。这可能会扩大患者获得先进治疗的机会，而这些治疗目前受到高成本和生产挑战的限制。
研究小组的发现发表《Biomaterials》。新加坡国立大学永鲁林医学院的研究人员也为这项研究突破做出了贡献。
下一代基因传递
癌症仍然是全球主要的死亡原因之一，每年造成近1000万人死亡。最近出现的最有希望的治疗策略之一是CAR-T细胞治疗，它涉及对患者的免疫细胞进行重新编程，以识别、靶向并杀死癌细胞。这种个性化的方法已经证明在治疗血癌方面取得了成功，尤其是在那些已经用尽传统选择的患者中。然而，它仍然昂贵且后勤复杂。
2024年8月1日，新加坡卫生部开始为细胞、组织和基因治疗经评估具有临床和成本效益的产品（CTGTP）。第一个有资格获得补贴的CTGTP是一种称为组织白细胞的治疗，是一种用于治疗血癌的CAR-T细胞疗法。
“在新加坡，一次CAR-T细胞输注大约需要67万新元。虽然有补贴，但通常只涵盖成本的一小部分。即使需求增长，这可能会限制大量患者获得治疗，”助理教授Tay说道。
CAR-T制造的主要障碍之一在于将遗传物质输送到免疫细胞中。当前的行业标准方法包括病毒载体和体电穿孔。一方面，虽然病毒方法是有效的，但它们引起了人们对安全性、免疫原性和随机基因整合的关注。另一方面，依赖高压电脉冲的体电穿孔会对细胞产生压力和损伤，从而降低其治疗质量。
NUS团队的NExT平台克服了这些限制。它的工作原理是将细胞与密集的纳米颗粒森林连接起来，纳米颗粒森林是一种微型空心管，其宽度不到人类头发的千分之一。当施加温和的电信号时，纳米颗粒会打开细胞膜中的临时孔隙，允许mRNA或CRISPR/Cas9复合物等生物分子直接进入细胞细胞质。
“我们的NExT平台可以处理多种免疫细胞类型。这尤其及时，因为细胞治疗领域已超越传统的CAR-T方法，包括其他细胞类型，”论文的第一作者、国立大学的博士生Arun Kumar先生说。
Kumar补充道：“把基因传递想象成选择一种食物传递服务。理想情况下，你想要的是一种快速、可靠、保持食物新鲜且不花大钱的服务。这就是基因传递应该有的样子——高效、经济、不会对细胞造成太大压力，并且能够适应许多不同的“订单”或生物分子。”
在临床前实验中，NExT平台在原代T细胞中实现了高达94%的蛋白质转染效率和80%以上的mRNA转染效率，同时保持了增殖、迁移和细胞因子生成等关键生物功能。国立大学健康创新与技术研究所设计与工程学院生物医学工程系助理教授Tay说：“我们很受鼓舞地看到，即使在转染后，免疫细胞仍保持其基本的抗肿瘤特性。这表明该平台提供了有效治疗所需的效率和细胞质量。"
更容易获得且适应性更强的癌症治疗
NExT平台可以设计出不太可能引发严重免疫反应的替代免疫细胞，并且在某些情况下，可以在不匹配患者免疫状况的情况下发挥作用，使其适合于“非现成”的异基因治疗。
此外，该平台的高通量特性旨在解决细胞治疗生产的规模和成本瓶颈。NUS研究人员的多孔平台版本可以在一次运行中转染超过1400万个细胞，从而能够将不同的遗传物质同时传递到来自不同捐赠者的多种免疫细胞类型中，从而缩短生产时间。
该团队致力于临床翻译，下一步是在进行人体试验之前，在临床前研究中验证该技术。他们还与行业合作伙伴合作，探索如何将该系统集成到现有的细胞治疗制造工作流中，并积极寻求机会在真实的商业环境中测试该平台。
