综述：生物材料技术增强CAR-T细胞疗法治疗实体瘤

《Cancers》：Biomaterial Techniques for Enhancing CAR-T Cell Therapy of Solid Tumours

　　

背景/目标：嵌合抗原受体（CAR）-T细胞疗法在血液系统恶性肿瘤中已取得实质性临床成功，但在实体瘤中疗效有限。主要障碍包括肿瘤浸润不足、免疫抑制性肿瘤微环境、抗原表达的选择性差和异质性，以及与安全性和制造相关的挑战。基于生物材料的技术已成为应对其中许多局限性的潜在策略。本综述旨在批判性评估旨在增强CAR-T细胞疗法治疗实体瘤的生物材料方法，并评估其转化潜力。方法：研究人员对近期临床前转化研究进行了叙述性综述，重点关注在实体瘤背景下开发的用于改善CAR-T细胞递送、持久性、功能性、安全性控制和制造效率的生物材料平台。根据其作用机制、治疗获益和转化就绪阶段对方法进行了分析。结果：生物材料策略，包括纳米颗粒、可注射和可植入水凝胶、支架及混合递送系统，已在多种实体瘤模型中改善了CAR-T浸润、存活和治疗效果。细胞因子和其他免疫调节信号的局部递送实现了对CAR-T激活的时空控制改善，降低全身毒性并增加持久性。其他应用包括增强离体CAR-T细胞扩增和支持非病毒或体内CAR-T生成。然而，材料复杂性的增加常常伴随着可扩展性、监管审批和长期安全性方面的挑战。结论：基于生物材料的方法为解决限制CAR-T细胞疗法治疗实体瘤的关键生物学和转化障碍提供了多功能工具包。基于临床熟悉材料和简化设计的策略似乎最适合近期临床转化，强调需要在工程创新与安全性、可扩展性及与现有临床工作流程的整合之间取得平衡。

1. Introduction
CAR-T细胞疗法在血液系统恶性肿瘤中已取得成功，但对实体瘤疗效有限。障碍包括异常血管系统和致密细胞外基质（ECM）限制CAR-T组织穿透和持久性；肿瘤微环境（TME）中的缺氧、酸中毒、营养剥夺以及抑制性细胞和检查点网络阻碍瘤内CAR-T扩增和功能；此外，复杂昂贵的制造过程和严重副作用如细胞因子释放综合征（CRS）及靶向/脱靶毒性进一步制约临床部署。生物材料可在携带细胞/货物、创建局部支持性微环境、重塑组织、控制激活和实现体内监测等方面介入。本综述评估纳米颗粒、可注射储库、可植入支架和混合系统，并比较其机制、优势、局限和转化就绪程度。

2. Disrupting Physical Barriers and Enhancing Infiltration
2.1. Extracellular Matrix Remodelling to Reduce Stromal Resistance
一种重要策略是在CAR-T细胞表面偶联“背包”纳米凝胶，使基质降解活性与效应细胞共定位。在胰腺肿瘤模型中，胶原酶交联纳米凝胶功能化CXCR4拮抗肽DV1，同时实现基质降解和趋化因子轴阻断，增加瘤内CAR-T蓄积。透明质酸酶负载纳米凝胶也被搭便车至CAR-T细胞，降解富含透明质酸的ECM并改善肿瘤穿透。然而，需在足够ECM降解与避免周围健康组织损伤及肿瘤力学改变导致的转移风险之间取得平衡。不同肿瘤类型ECM组成的异质性意味着单一酶技术可能缺乏普适性，需要肿瘤定制酶或多酶策略，后者会增加制造和监管复杂性。

2.2. Local Depot Delivery to Increase the Effective Cell Dose at the Tumour Site
可注射和可植入储库可在病灶部位浓缩CAR-T细胞和辅助信号。水凝胶封装微芯片可共递送白细胞介素（IL）-15和氧载体至TME；自组装肽水凝胶可包含促进CAR-T增殖的表位和互补疫苗递送；皮下丝素蛋白水凝胶支持CAR-T持久性和向肿瘤部位迁移。多孔微针贴片可在浅表或手术暴露组织中实现CAR-T空间分散，优于团注。不同格式适应不同临床问题，但需要头对头研究在相同肿瘤模型、CAR特异性和细胞剂量下比较。

2.3. Physical Guidance and Tracking to Bypass Chemokine Limitations
氧化铁纳米颗粒标记CAR-T细胞可实现磁共振成像（MRI）追踪，并通过外部磁场增强肿瘤局部递送。标记CAR-T细胞的细胞因子释放减少可能增加安全性。限制包括深部组织效果降低以及需要额外交联和标准化步骤。

3. Reprogramming the TME and Enhancing Survival
3.1. Overcoming Hypoxia, Acidity, and Nutrient Deprivation
实体瘤TME通常酸性、缺氧且营养剥夺。聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）/FeCl₂水凝胶可持续释放川芎嗪，激活血管内皮生长因子和内皮型一氧化氮合酶/一氧化氮信号以缓解缺氧，增强CAR-T浸润和持久性。碳酸钙锰（CMC-21）纳米颗粒包裹IL-21并背包至CAR-T细胞表面，催化H₂O₂转化为O₂，中和酸性并抑制缺氧诱导因子1α（HIF-1α）表达，促使肿瘤相关巨噬细胞（TAM）由M2样（CD206⁺）向M1样（CD86⁺）极化。近红外（NIR）II荧光纳米催化剂可减少乳酸并增敏CAR-T杀伤。然而，这些策略需要精确控制催化活性、稳定性和剂量。

3.2. Immune Stimulation Within the TME
纳米凝胶携带IL-15超激动剂复合物并背包于CAR-T细胞，在T细胞活化时因细胞表面还原电位升高或肿瘤缺氧而选择性释放。透明质酸水凝胶可在术后递送CAR-T、IL-15纳米颗粒和抗程序性死亡配体1（anti-PD-L1）偶联血小板，局部释放检查点抑制并支持CAR-T增殖。脂质体负载A_2A腺苷受体抑制剂SCH-58261；iRGD修饰脂质纳米颗粒（LNPs）递送磷酸肌醇3-激酶抑制剂和恒定自然杀伤T细胞（iNKT）激动剂，重塑TME以减少Treg和抑制性髓系细胞。工程化细胞外囊泡（EVs）可表达CAR抗原或共表达肝素酶，增强ECM穿透和肿瘤杀伤。可注射支架模拟三级淋巴结构，负载CAR-T细胞、B细胞和IL-15/IL-21，实现肿瘤控制和远隔效应。还有水凝胶在微波消融时产生金纳米颗粒，降低ECM粘度并将TME从免疫“冷”转为“热”。

3.3. Mitigating CAR-T Cell Exhaustion
冻干藻酸盐支架递送二甲双胍可增强CAR-T氧化代谢，显著降低肿瘤切除模型中的凋亡率，同时抑制肿瘤细胞无氧糖酵解。但该技术依赖手术进入肿瘤部位。

3.4. Combination Therapy for Heterogeneity
可植入藻酸盐支架共递送CAR-T细胞和STING（干扰素基因刺激因子）激动剂（cyclic diGMP），将局部肿瘤溶解与抗原提呈细胞激活结合，促进针对异质性表位的内源性应答。融合抗原负载纳米颗粒（F-AgNPs）可在肿瘤细胞膜上安装外源抗原肽，使CAR-T识别不依赖天然抗原表达，但修饰均匀性仍待确认。基于纳米材料的光热疗法（PTT）可扩张血管并释放肿瘤相关抗原，增强CAR-T浸润，但需精确热剂量。

4. Enabling Translation–Manufacturing, Control, and Monitoring of CAR-T Cells
4.1. Enhancing Manufacturing Precision and Cost-Effectiveness
人工抗原提呈细胞模拟支架可同时呈递激活、共刺激和细胞因子信号，优于磁珠法。淋巴结模拟水凝胶可调节空间组织、孔隙率、刚度和因子滞留以改善CAR表达和增殖。低电压纳米注射提供非病毒基因转移并保持细胞活力和功能。MASTER（多功能藻酸盐T细胞工程和释放支架）平台整合激活、基因转移、细胞因子支持和释放，加工时间缩短至约一天，产生的CAR-T细胞进入全身循环。靶向非病毒脂质纳米颗粒也被用于体内CAR-T生成，利用mRNA疫苗生产基础设施。

4.2. Improving Therapeutic Precision and Safety Control
光热纳米材料如金纳米棒可在近红外照射下产生温和高温（约40–42 °C），激活热诱导CAR-T细胞程序，实现空间精度控制。明胶酶响应“纳米开关”设计可在蛋白酶丰富的TME中组装功能性CAR信号域。DNA支架免疫细胞接合颗粒（ICEp）