免疫療法已經(jīng)改變了治療癌癥的范例，這些療法旨在提高抗腫瘤免疫反應(yīng)，以通過自然機(jī)制攻擊癌細(xì)胞，減少脫靶（off-target）效應(yīng)，有別于化療和其他直接殺死癌細(xì)胞的藥物。因此被認(rèn)為是一種治療甚至治愈某些類型癌癥的有前景的策略。
近日，賓夕法尼亞大學(xué)的CAR-T大牛Carl H. June作為作者之一，在Nature Reviews Drug Discovery探討了癌癥免疫療法存在的挑戰(zhàn)，以及可能促使其更安全有效的新型遞送策略。
癌癥免疫療法的分類
第一種商業(yè)化的癌癥免疫療法是細(xì)胞因子干擾素-α（IFNα）的重組形式，其在1986年被美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)用于毛細(xì)胞白血病。一些接受治療的患者在早期臨床試驗(yàn)中經(jīng)歷了部分緩解，但由于IFNα的治療持續(xù)時(shí)間短，很快被嘌呤類似物替代為毛細(xì)胞白血病的一線治療藥物。
此后不久，重組白細(xì)胞介素-2（IL-2）作為癌癥免疫療法被研究，并于1992年被FDA批準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)移性腎癌，1998年被批準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)移性黑素瘤。 最初，人們對(duì)IL-2治療擁有極大的熱情，因?yàn)樗氖褂么偈沽艘恍┗颊叩某志猛耆磻?yīng)。然而，由于IL-2的半衰期短，需要高劑量，這導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用，包括細(xì)胞因子釋放綜合征和血管滲漏綜合征等。
盡管這些療法的早期臨床研究很有希望，但在21世紀(jì)初，癌癥免疫治療領(lǐng)域的進(jìn)展停滯不前，這在很大程度上歸因于許多疫苗臨床試驗(yàn)的失敗。
第一次成功的治療性癌癥疫苗，sipuleucel-T（一種自體樹突狀細(xì)胞療法），于2010年被FDA批準(zhǔn)用于前列腺癌，但其臨床轉(zhuǎn)化受到生產(chǎn)復(fù)雜性和其他問題的阻礙。
此后不久，先驅(qū)檢查點(diǎn)抑制劑ipilimumab，一種靶向細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞抗原4（CTLA4）的單克隆抗體（mAb），于2011年被批準(zhǔn)用于晚期黑色素瘤。
在過去幾年中，新的免疫療法 - 包括針對(duì)程序性細(xì)胞死亡蛋白1（PD-1）或其配體PD-L1的其他檢查點(diǎn)抑制劑mAb，以及第一個(gè)嵌合抗原受體（CAR）T細(xì)胞療法 - 已經(jīng)開發(fā)并批準(zhǔn)用于臨床。ipilimumab和CAR-T細(xì)胞療法的出現(xiàn)是癌癥免疫療法的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，權(quán)威期刊Science強(qiáng)調(diào)了癌癥免疫療法是2013年十大科學(xué)突破的榜首。
目前有十幾種免疫療法被批準(zhǔn)用于癌癥治療，還有更多的免疫療法正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。這些免疫療法分為幾類，包括檢查點(diǎn)抑制劑、淋巴細(xì)胞活化細(xì)胞因子、CAR-T細(xì)胞和其他細(xì)胞療法、抗共刺激受體的激動(dòng)性抗體、癌癥疫苗、溶瘤病毒和雙特異性抗體。
部分FDA批準(zhǔn)的癌癥免疫療法（圖片來源：Nature Reviews Drug Discovery）
療效與安全性的挑戰(zhàn)
盡管取得了這些重大進(jìn)展，但免疫療法的臨床應(yīng)用仍面臨著與療效和安全性相關(guān)的若干挑戰(zhàn)。以更安全，更可控的方式施用癌癥免疫療法，可以將治療潛力擴(kuò)展到更廣泛的患者群體，并且還可以減少毒性。特別地，改進(jìn)的遞送技術(shù)可以增加病變組織內(nèi)免疫療法的積累，使得能夠更有效地靶向期望的腫瘤和/或免疫細(xì)胞，并減少脫靶的副作用。
就療效而言，只有部分患者對(duì)免疫治療有反應(yīng)，并且很難預(yù)測。
由此，人們熱衷于對(duì)開發(fā)基于癌細(xì)胞生物標(biāo)志物表達(dá)的患者特異性免疫療法以及評(píng)估聯(lián)合治療策略以提高反應(yīng)率。
許多實(shí)體腫瘤中的微環(huán)境對(duì)所有免疫治療類別的廣泛實(shí)施提出了挑戰(zhàn)。例如，實(shí)體瘤的微環(huán)境可分為免疫學(xué)上的“熱”（高免疫原性）或“冷”（低免疫原性），它們分別在腫瘤空間內(nèi)具有高或低水平的細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞浸潤。微環(huán)境組成的這一關(guān)鍵差異表明，具有高免疫原性的腫瘤對(duì)檢查點(diǎn)抑制劑的反應(yīng)強(qiáng)于免疫原性低的腫瘤。因此，可以利用遞送技術(shù)來調(diào)節(jié)冷腫瘤中的免疫原性。
近幾年，幾種免疫療法，包括用于檢查點(diǎn)封鎖的活化細(xì)胞因子和單克隆抗體，已被FDA批準(zhǔn)用于實(shí)體瘤治療。值得注意的是，CAR-T細(xì)胞療法尚未被FDA批準(zhǔn)用于實(shí)體腫瘤，但研究人員正在開發(fā)對(duì)實(shí)體腫瘤細(xì)胞具有高度特異性的CAR-T細(xì)胞。
就安全性而言，免疫療法可以誘導(dǎo)自身免疫副作用，導(dǎo)致對(duì)健康組織的攻擊。
檢查點(diǎn)抑制劑、細(xì)胞因子和激動(dòng)性抗體具有類似的遞送挑戰(zhàn)。這些療法的成功依賴于它們與靶蛋白的相互作用。其使用的一個(gè)主要障礙是產(chǎn)生大量的自身免疫力，限制允許給藥劑量。許多免疫療法引起細(xì)胞因子釋放綜合征和血管滲漏綜合征，導(dǎo)致嚴(yán)重的低血壓、發(fā)熱、腎功能不全和其他潛在致命的不良反應(yīng)。
出于這個(gè)原因，這些療法的遞送技術(shù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)靶向和控制釋放，限制藥物暴露于特定組織來降低免疫療法的全身毒性，最小化脫靶效應(yīng)。
新型遞送平臺(tái)
目前，正在開發(fā)用于免疫療法的新型遞送平臺(tái)，包括納米顆粒、植入物、支架、生物材料和基于細(xì)胞的平臺(tái)。一些材料，包括脂類、聚合物和金屬，已被利用來開發(fā)遞送技術(shù)。與單獨(dú)的治療藥物相比，遞送平臺(tái)提供了許多益處：
首先，它們可以設(shè)計(jì)成保護(hù)治療性貨物，直到被輸送到靶細(xì)胞；
其次，如果遞送系統(tǒng)響應(yīng)于諸如pH、光或超聲波的刺激，則遞送系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)治療的時(shí)空控制，從而保持貨物無活性直至其積聚在靶細(xì)胞內(nèi)；
最后，諸如植入物的遞送平臺(tái)用已經(jīng)開發(fā)用于藥物的局部化、受控遞送，并且已經(jīng)開發(fā)了細(xì)胞療法以最小化與全身給藥相關(guān)的毒性。
癌癥免疫療法遞送策略的特征（圖片來源：Nature Reviews Drug Discovery）
幾十年來，人們一直認(rèn)為向腫瘤選擇性納米藥物可以利用高通透性和滯留（enhanced permeability and retention, EPR）效應(yīng) - 其特征在于腫瘤血管比正常血管對(duì)大分子的滲透性更強(qiáng)，并且由于淋巴清除不良導(dǎo)致大分子的保留。盡管EPR效應(yīng)在實(shí)體腫瘤的臨床前模型中顯著，其表現(xiàn)出滲漏的脈管系統(tǒng)并且也在人類中觀察到，但仍然不清楚它在癌癥患者中的治療潛力，并且在臨床試驗(yàn)中研究的大多數(shù)納米治療劑未顯示出超過常規(guī)化療的實(shí)質(zhì)性益處。
一項(xiàng)對(duì)117項(xiàng)納米醫(yī)學(xué)遞送的研究進(jìn)行的薈萃分析顯示（其中一些研究依賴于EPR效應(yīng)或癌細(xì)胞的主動(dòng)靶向），表明只有0.7％（中位數(shù)）的納米顆粒到達(dá)腫瘤。磁共振成像（MRI）或正電子發(fā)射斷層掃描（PET）研究評(píng)估EPR效應(yīng)在腫瘤中的作用揭示了患者之間、個(gè)體患者腫瘤之間的實(shí)體腫瘤通透性的高度可變性。這些發(fā)現(xiàn)證明理解腫瘤的物理微環(huán)境及其滲透性的重要性，有助于最佳地設(shè)計(jì)用于腫瘤穿透和攝取的遞送系統(tǒng)。
癌癥納米醫(yī)學(xué)的范例（圖片來源：Nature Reviews Drug Discovery）
不同的給藥途徑可以影響遞送技術(shù)的治療功效。例如，使用腫瘤內(nèi)注射或可植入支架的局部遞送可導(dǎo)致腫瘤中藥物的更高積累，但對(duì)于不易接近的腫瘤可能不可行。因此，在評(píng)估特定類型癌癥的免疫療法的遞送技術(shù)時(shí)，給藥途徑是重要的考慮因素。
目前，還在探索局部遞送技術(shù)，例如可注射水凝膠、可植入生物材料和微針等。
基于納米顆粒的免疫療法遞送至血液中的腫瘤浸潤性免疫細(xì)胞，而不是直接靶向腫瘤細(xì)胞，是改善腫瘤中免疫治療定位和刺激抗腫瘤反應(yīng)的潛在有吸引力的手段。
利用在脈管系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的受體-配體相互作用將基于免疫治療劑遞送至內(nèi)源性免疫細(xì)胞，然后內(nèi)源性免疫細(xì)胞可以遷移到腫瘤中以遞送治療劑。
mRNA疫苗是用于癌癥免疫療法的有希望的平臺(tái)，然而，其應(yīng)用受到不穩(wěn)定性和低效的體內(nèi)mRNA遞送的限制；陽離子脂質(zhì)納米顆粒候選物已經(jīng)在黑色素瘤患者中顯示有希望的免疫反應(yīng)。
雖然利用陽離子脂質(zhì)的方法具有很好的效果，但它們既有毒又有免疫原性，為了克服陽離子脂質(zhì)用于基于mRNA的免疫療法所面臨的挑戰(zhàn)，可電離的脂質(zhì)類材料已被設(shè)計(jì)成減少毒副作用，同時(shí)保持其轉(zhuǎn)染特性。臨床前研究顯示，可電離脂質(zhì)納米顆粒可以改善mRNA疫苗的傳遞并誘導(dǎo)強(qiáng)大的免疫反應(yīng)。
雖然免疫調(diào)節(jié)抗體可以誘導(dǎo)強(qiáng)大的抗腫瘤免疫反應(yīng)，但這些藥物的全身遞送可以誘導(dǎo)細(xì)胞因子釋放綜合征和肝功能異常。為了最大限度地減少組織外的影響，已經(jīng)設(shè)計(jì)了用于體內(nèi)局部和持續(xù)釋放的遞送系統(tǒng)。
用于局部遞送癌癥免疫療法的生物材料（圖片來源：Nature Reviews Drug Discovery）
植入式生物材料
基于樹突狀細(xì)胞的疫苗，通過離體分離和激活樹突細(xì)胞并將它們重新引入患者來改善對(duì)癌癥的免疫應(yīng)答，以便它們可以進(jìn)入淋巴結(jié)并將抗原呈遞給初始T細(xì)胞，隨后擴(kuò)增并引發(fā)抗腫瘤反應(yīng)。然而，這些疫苗需要在體外對(duì)細(xì)胞進(jìn)行復(fù)雜的修飾，大多數(shù)注射的細(xì)胞在移植后死亡。
為了克服這個(gè)問題，植入式生物材料已經(jīng)被用于癌癥治療，它提供了一種物理結(jié)構(gòu)來吸引樹突狀細(xì)胞進(jìn)行原位免疫治療。在這些系統(tǒng)中，聚合物支架用作藥物遞送裝置，控制生物活性分子在空間和時(shí)間的遞送以募集樹突狀細(xì)胞并誘導(dǎo)其增殖。腫瘤抗原也可以固定在這些基質(zhì)上，使它們能夠作為抗原呈遞結(jié)構(gòu)，其中樹突細(xì)胞被募集、激活，負(fù)載抗原并被釋放。
可注射支架
植入式支架需要用到侵入性外科手術(shù)，這提出了后勤挑戰(zhàn)。
因此，還設(shè)計(jì)了無需手術(shù)植入、可以通過注射給藥的支架，例如藻酸鹽水凝膠，明膠和中孔多孔二氧化硅微粒的材料，以產(chǎn)生局部免疫原性環(huán)境，在體內(nèi)募集、激活和釋放免疫細(xì)胞。這些材料都是高度可變形和自組織。盡管該策略避免了與手術(shù)植入相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，但注射材料的生物降解和安全性將有待進(jìn)一步研究。
可注射水凝膠
作為二氧化硅的可生物降解替代品，已經(jīng)設(shè)計(jì)了可注射的原位形成水凝膠，以局部遞送免疫療法和化學(xué)療法的組合。
在一項(xiàng)研究中，可注射聚（乙烯醇）（PVA）水凝膠網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)為響應(yīng)于活性氧物質(zhì)，這些物質(zhì)在腫瘤微環(huán)境中高水平存在。預(yù)計(jì)該策略可以改善具有低免疫原性的癌癥的治療結(jié)果。此外，該技術(shù)可以避免與全身施用的檢查點(diǎn)抑制劑或化學(xué)療法相關(guān)的毒副作用。
基于微針的透皮給藥
雖然已經(jīng)批準(zhǔn)了針對(duì)CTLA4或PD-1的全身給藥的檢查點(diǎn)抑制劑用于治療黑素瘤，但是相當(dāng)大比例的患者對(duì)治療沒有反應(yīng)。例如，對(duì)抗PD-1 mAb nivolumab的客觀反應(yīng)率約40％。
微創(chuàng)透皮遞送系統(tǒng)能夠以受控方式直接在疾病部位持續(xù)釋放抗PD-1mAb，從而最小化所需劑量。這些傳遞系統(tǒng)由可降解的微針貼片組成，可以無痛地穿透皮膚到達(dá)富含免疫細(xì)胞的表皮，以提供免疫治療。
微針通常由可生物降解的聚合物（如透明質(zhì)酸）構(gòu)成，并且裝有含有抗-PD-1的pH敏感納米顆粒。在溫和的酸性腫瘤微環(huán)境中，pH敏感的抗PD-1納米顆粒釋放以局部激活免疫系統(tǒng)以攻擊癌細(xì)胞。
基于微針的透皮給藥系統(tǒng)為局部免疫治療提供了高度模塊化的方法，利用生物和遠(yuǎn)程觸發(fā)的刺激來控制藥物釋放。下一步，研究還需評(píng)估貼劑內(nèi)治療劑的生物利用度以及遞送系統(tǒng)的生物相容性。
T細(xì)胞療法遞送技術(shù)（圖片來源：Nature Reviews Drug Discovery）
治療佐劑的遞送
過繼性T細(xì)胞療法的主要限制是移植細(xì)胞的活力和功能在施用后迅速下降。因此，這種基于細(xì)胞的療法需要同時(shí)施用佐劑藥物以最大化細(xì)胞的功效和性能。然而，這些藥物需要以高劑量全身給藥，導(dǎo)致許多毒副作用。
為了克服這些障礙，現(xiàn)在正在探索由納米顆粒、支架或兩者的組合組成的遞送技術(shù)。例如，載有治療佐劑的納米顆粒，其與供體T細(xì)胞的表面化學(xué)綴合，作為刺激移植細(xì)胞和最小化全身副作用的手段。這種方法高度模塊化，適用于提供一系列免疫刺激藥物，并實(shí)現(xiàn)長期釋放。
通過DNA納米載體進(jìn)行原位T細(xì)胞工程
為了克服在體外產(chǎn)生大量過繼性T細(xì)胞所需的復(fù)雜程序和高成本，正在開發(fā)用于原位工程T細(xì)胞的遞送技術(shù)。
作為體外基因工程的替代品，納米顆粒平臺(tái)被設(shè)計(jì)用于重新編程循環(huán)中的T細(xì)胞。該平臺(tái)被設(shè)計(jì)成靶向并進(jìn)入小鼠血流中的T細(xì)胞，然后將CAR基因遞送到T細(xì)胞核中。利用基于聚（β-氨基酯）（PBAE）的納米顆粒將DNA貨物遞送到T細(xì)胞的細(xì)胞核中，并且進(jìn)一步用含有微管相關(guān)序列和核定位信號(hào)的肽進(jìn)行功能化，以促進(jìn)CAR編碼DNA的核輸入。
在臨床前模型中，該平臺(tái)的功效與傳統(tǒng)的過繼性T細(xì)胞療法相當(dāng)，沒有觀察到動(dòng)物存活的實(shí)質(zhì)差異。選擇性地，使用納米顆粒原位工程T細(xì)胞可以提供一種實(shí)用且低成本的方法，可直接在患者體內(nèi)設(shè)計(jì)CAR-T細(xì)胞來治療癌癥。未來的研究將需要解決體內(nèi)編程CAR-T細(xì)胞的成本益處是否會(huì)超過對(duì)無意基因轉(zhuǎn)移的潛在安全性擔(dān)憂。
基于生物材料的植入物
除了全身性給藥途徑外，還研究了基于生物材料的策略，以便將過繼性T細(xì)胞局部遞送至實(shí)體腫瘤。
雖然過繼性T細(xì)胞療法已經(jīng)為幾種類型的癌癥（包括黑色素瘤和血液系統(tǒng)惡性腫瘤）產(chǎn)生了有希望的結(jié)果，但成功將T細(xì)胞靶向大多數(shù)實(shí)體癌癥仍然具有挑戰(zhàn)性。這些療法部分地受到T細(xì)胞向腫瘤的低效遷移和免疫抑制性腫瘤微環(huán)境中的T細(xì)胞擴(kuò)增缺失的影響。
因此，局部遞送T細(xì)胞至腫瘤微環(huán)境并增加其增殖的技術(shù)，將有望增強(qiáng)免疫療法在實(shí)體瘤中的療效。最近，已經(jīng)研究了聚合物支架用于將T細(xì)胞局部遞送至腫瘤微環(huán)境。除了在腫瘤部位或腫瘤部位附近定位T細(xì)胞外，聚合物支架也是有利的，因?yàn)樗鼈兛梢宰鳛閮?chǔ)庫，當(dāng)材料降解時(shí)，T細(xì)胞被釋放。
合成的人工抗原呈遞細(xì)胞（aAPC）
合成的人工抗原呈遞細(xì)胞（aAPC）是細(xì)胞樣顆粒，T細(xì)胞刺激分子與其表面結(jié)合，以模擬APC。所得到的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激活T細(xì)胞并觸發(fā)抗腫瘤反應(yīng)。
與基于細(xì)胞的方法相比，aAPC易于生產(chǎn)，并且可以用各種抗原和表面配體穩(wěn)定地儲(chǔ)存和功能化，用于可調(diào)節(jié)的免疫療法。 aAPC通常由細(xì)胞鱗片（2-10μm）球形顆粒組成，主要包括脂質(zhì)、磁性分子或聚合物。雖然這樣的aAPC可以在體外激活T細(xì)胞，但由于生物利用度差和大尺寸，使用這種方法體內(nèi)激活T細(xì)胞仍然具有挑戰(zhàn)性。
為了實(shí)現(xiàn)體內(nèi)分離，最近設(shè)計(jì)了納米級(jí)aAPC。
總的來說，合成的aAPC遞送系統(tǒng)通過在合成顆粒的表面上同時(shí)呈遞多個(gè)信號(hào)以活化體內(nèi)T細(xì)胞，提供了對(duì)傳統(tǒng)過繼性T細(xì)胞療法的潛在替代方案。這些系統(tǒng)的未來迭代應(yīng)評(píng)估其他物理化學(xué)性質(zhì)的作用，例如顆粒剛性和脂質(zhì)膜流動(dòng)性，以進(jìn)一步優(yōu)化aAPC-T細(xì)胞相互作用。
■ ■ ■
為克服免疫療法臨床轉(zhuǎn)化所面臨的挑戰(zhàn)，開發(fā)的新型遞送平臺(tái)具有必要性。如何設(shè)計(jì)以更好地提高免疫療法的有效性和安全性，并最終改善患者預(yù)后，將是這些遞送技術(shù)應(yīng)用于癌癥免疫療法的核心。
- 癌癥免疫療法的新型遞送平臺(tái)
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