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      环码联合北大团队基于新型LNP和circRNA靶向脾脏和T细胞表达开发体内CAR-T疗法,促进炎症性衰老治疗

      uPAR 体内CAR-T 衰老
      2024/11/29
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      潜在的衰老靶点包括uPAR受体和NKG2D配体。虽然抗衰老药物在各种慢性疾病中具有临床前潜力,但衰老细胞标志物的特异性仍然具有挑战性。而CAR-T和巨噬细胞的高特异性优势使其具有治疗衰老的潜力。


      与传统的体外CAR - T细胞疗法相比,基于mRNA的体内CAR-T细胞工程在治疗炎症性衰老方面具有潜在的优势:无需复杂和昂贵的体外细胞处理;短暂性表达避免了基于病毒载体的永久性基因组改变风险;有助于减轻细胞因子释放综合征和CAR- T细胞持续激活导致的脱靶等不良反应。


      CAR mRNA可通过抗体靶向脂质纳米颗粒(tLNPs)或聚合纳米颗粒递送至T细胞。虽然抗体靶向有效,但扩大生产规模过程中,确保批间重复性、抗体修饰程度和偶联率具有挑战性。不当的抗体也可能加速LNP降解或导致靶细胞过度活化。相比之下,非靶向LNP更容易制造,安全性更高。一些脂质制剂,如金刚烷胺衍生的阳离子脂质,具有对T细胞和B细胞的内在趋向性,这表明其可在不需要抗体偶联的情况下,改善免疫细胞靶向性的潜力。



      2024年11月22日,上海环码生物医药有限公司(CirCode)杨赟联合北京大学邓觅、苗蕾研究团队在预印本BioRxiv上发表研究论文:Cardiolipin-mimic lipid nanoparticles without antibody modification delivered senolytic in-vivo CAR-T therapy for inflamm-aging。

      研究设计了含有新型拟心磷脂磷酰胺(CAMP)脂质的LNP,增加了硬度和相分离,促进T细胞偏向性摄取。此外,环状RNA(circRNA)表达CAR蛋白,可增强脾靶向性并延长表达时间。研究利用含CAMP的LNP包封的抗uPAR CAR蛋白circRNA,可在单核/巨噬细胞和衰老成纤维细胞中有效表达,具有治疗肝纤维化类风湿性关节炎(RA)的潜力。研究还设计和筛选人源抗uPAR抗原CAR,有望促进治疗炎症性衰老的体内CAR-T疗法的临床转化。


      主要研究结果




      构建CAMP脂质文库,递送RNA至原代人T细胞


      心磷脂是线粒体内膜的主要成分,在膜折叠和曲率形成中起着至关重要的作用(图1A)研究以心磷脂为起点,开发一个修饰阳离子脂质文库。


      通过修饰带负电荷的心磷脂双磷酸基团,得到一个由23种纯化的可电离阳离子脂质组成的库,称为拟心磷脂磷酰胺(CAMP)脂质(图1B)。纯化后的CAMP脂质与二油基磷脂酰乙醇胺(DOPE)、胆固醇和C14-PEG配制成LNP配方。利用CAMP LNP包封编码mLuc的mRNA,鉴定出7个LNP在原代人T细胞中显著提高荧光素酶的表达。与阳性对照相比,PL101、PL40和PL67 LNP的表达增加了100倍以上(图1C)

      图1 建立用于原代T细胞RNA递送的CAMP脂质文库。


      结构和形态影响PL40 CAMP LNP

      向T细胞传递mRNA


      然后利用CAMP脂质转染各种类型的细胞(图2)。T细胞是优先表达PL101和PL40 LNP递送的mRNA的主要细胞类型之一(图2b)PL40转染率最高,超过90%的细胞在超过0.5 μg的剂量下表达GFP(图2D)


      研究基于II型内含子的自剪接策略合成circ mLuc,FPLC纯化后,利用CAMP包封Circ mLuc。在人原代T细胞中,与线性对应物相比,Circ mLuc在5天内延长蛋白表达(图2E)


      CAMP制剂在增加剂量后均未观察到对T细胞的毒性(图C)PL40 LNP具有最佳等离子体稳定性,类似于商用ALC0315 LNP(图2F)。最终,PL40被选为主要候选脂质。


      使用冷冻透射电镜(Cryo-TEM)检测显示,而PL40表面为高度多面体,具有更薄的片层结构和更致密的颗粒核,这可能是不同脂质结构域相分离的结果。这种相分离可能会促进与T细胞膜的融合。


      SAXS实验(图2H)结果表明,在T细胞中mRNA表达增强的PL40、PL101和PL67的d间距较小(~3 nm)可能是由于脂质和mRNA的堆积更紧密。


      原子力显微镜(AFM)评估发现,与ALC0315和PL15 LNP相比,PL40 LNP的弯曲模量明显更大。PL40 LNP独特的表面形态和较高的膜弯曲模量有助于改善T细胞的细胞摄取。


      与ALC0315 LNPs相比,原代T细胞对PL40摄取增加了2倍,ALC0315 LNP受到肌动蛋白取向和微胞吞噬的影响(图2J和K)。PL40多链核心结构也可能促进膜融合和质子化后的内体释放。综上,PL40的形态和结构是促进T细胞内吞和内体逃逸的原因之一(图2K)

      图2 结构和形态影响PL40 CAMP LNP向T细胞传递mRNA。


      PL40 LNP在体内向T细胞递送mRNA


      研究给C57小鼠分别静脉注射药物,结果表明不同于ALC0315的主要在肝表达,PL40 LNP递送Lin mLuc促进了脾脏的优先表达,脾肝比为2.63;递送Circ RNA有利于脾脏表达,脾肝表达比例比Lin组增加了两倍(图3B),并在脾脏中的表达时间延长。


      研究在基因工程小鼠模型中进一步验证,发现相比线性RNA,Circ mCre的脾脏T细胞转染率明显更高(~20%)。与非靶向LNP(约10%转染率)相比,修饰靶向性抗体的CD3-Fab增加了T细胞的靶向性(约20%),但这种优势在脾脏和血液中并不明显。结果表明PL40 LNP在体内和体外都能有效地将mRNA递送到T细胞(图3F)


      研究还发现,CD3 fab修饰的LNP在CD4 T细胞中,Tim-3的表达增加了三倍,表明T细胞有耗竭的趋势(图3H)

      图3 mRNA LNP向免疫细胞的体内递送。


      PL40 LNPs将T细胞有效改造成CAR - T


      研究构建四种类型的mRNA CAR(图4A-B):编码人类CD3-CD28细胞内结构域(hCD19-hCAR)的典型白血病特异性1928z CAR,和编码抗小鼠和人类uPAR的单链可变片段(scFv)(muPAR-hCAR)的circRNA;编码的小鼠CD3-CD28细胞内结构域(muPAR-mCAR)的Lin和circRNA。


      在小鼠T细胞中,与Lin mRNA(转染效率为80%)相比,muPAR-mCAR Circ mRNA在孵育24小时后的转染效率更高(99%)(图4D)circRNA CAR蛋白平均强度比Lin mRNA约高10倍;表达也持续了更长的时间:约15%的细胞在5天后仍然表达CAR;而Lin mRNA在2天内下降到<5%(图4D)


      表达hCD19-hCAR和muPAR-hCAR的T细胞分别选择性地裂解约90%或60%的抗原阳性靶细胞(hCD19-hCAR为B细胞,muPAR-hCAR为3T3-uPAR细胞),表明这两种CAR都具有细胞毒性功能(图4E&F);转染了muPAR-mCAR Circ RNA的小鼠的CAR - T细胞在E:T比为40时裂解了>95%的3T3-uPAR细胞(图4G&H)

      图4 PL40 LNP有效地将T细胞改造成CAR-T细胞。


      muPAR-mCAR PL40 LNP

      增强对肝纤维化的疗效


      研究采用CCl4诱导肝纤维化模型,评估编码CAR-uPAR的circRNA PL40 LNP的体内治疗。治疗后小鼠肝损伤减轻(图5B),有效消除了促炎衰老的肝星状细胞(HSC)(图5C)。非Fab修饰LNP处理组肝脏中uPAR水平降低了约4倍,低于CD3-Fab修饰的LNP(图5C、D),且T细胞有活化的趋势。而添加CD3-Fab增加了T细胞衰竭。综上,非Fab修饰的LNPs具有更好的抗肝纤维化功效。


      图5 muPAR-mCAR LNP在CCl4诱导肝纤维化模型的抗纤维化作用。


      与PBS组相比,CAR-T治疗后抗炎微环境持续存在。总之,这些结果证明了非Fab修饰的CAR-uPAR LNP可有效治疗肝纤维化。

      图6 CAR-T细胞在肝纤维化治疗中的功能评价。


      体内muPAR-mCAR PL40 LNP疗法

      提高类风湿关节炎的疗效


      uPAR在类风湿关节炎(RA)的发病机制中也具有多因子作用。研究分析了公共数据库中RA患者滑膜的相关Bulk RNA-Seq和scRNA-Seq数据,发现uPAR在成纤维细胞和单核细胞中高度表达(图7A);在基质细胞和髓细胞中,uPAR与多个衰老相关因子共定位(图7A)


      研究建立胶原诱导关节炎(CIA)小鼠模型,验证抗uPAR体内CAR-T疗法的有效性(图7B),结果表明CAR-muPAR PL40 LNP治疗可以编辑和动员T细胞,杀伤CIA小鼠关节中显示uPAR的衰老细胞,而不引起炎症,从而有效地重建关节免疫稳态。

      图7 muPAR-mCAR LNPs治疗胶原性关节炎的体内疗效。


      筛选优化人源CAR-uPAR mRNA

      用于临床应用


      研究从6万多个小鼠杂杂瘤克隆中,筛选两种高亲和力的抗人uPAR的小鼠单克隆抗体(图8a和b), AB4的VH2+VL1组合CAR(CAR#4)和AB20的VH1+VL2组合CAR (CAR#20)(图8G)


      研究靶向uPAR+ AGS和THP-1细胞,发现相比基于LinRNA和慢病毒表达的CAR#20,circRNA的CAR#20表现出更好的细胞毒性,而且基于circRNA的抗人uPAR CAR-T细胞疗法也可强效和特异性地消除uPAR+靶细胞方面也具有强效和特异性,这为进一步的临床转化提供了潜力。

      图8 uPAR单克隆抗体的制备及uPAR CAR-T细胞的构建。


      总结


      研究设计含有新型CAMP脂质的LNP,包封环状RNA,延长了脾脏和T细胞中的蛋白表达。团队用筛选得到的PL40 LNP,体内递送编码抗uPAR(衰老和炎症抗原) CAR的circRNA,有效减轻uPAR相关的肝纤维化和类风湿性关节炎。为了进一步加强临床翻译,研究还筛选并人源化了针对uPAR的scFv,建立了编码人源抗uPAR CAR的circRNA PL40 LNP。


      该研究基于circRNA和新型CAMP脂质的LNP建立了靶向脾脏和T细胞的体内CAR治疗策略,具有治疗炎症性衰老疾病,如类风湿关节炎和肝纤维化的潜力。


      关于环码


      环码生物是一家专注于环形RNA药物开发的创新生物技术公司。与线性RNA相比,环形RNA拥有更好的稳定性及更低的免疫原性,使其在治疗领域拥有更大的优势。环码生物完成了多项关键环形RNA技术的开发并搭建了完善的全球专利保护体系,这些技术为环形RNA药物开发铺平了道路。环码生物将积极推动科学技术成就的转化,造福广大病患。了解更多,请访问www.circodebio.com.


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