国家纳米科学中心梁兴杰/吴雁，最新Nature Biomedical Engineering！

可吸收细胞因子水凝胶在CAR-T细胞疗法期间抑制细胞因子释放综合征

细胞因子释放综合征与CAR-T细胞疗法

用嵌合抗原受体（CAR）修饰的基因工程T细胞已成为根除许多血液系统恶性肿瘤的强大临床策略，特别是B细胞淋巴瘤。尽管这种类型的治疗已显示出令人印象深刻的抗肿瘤疗效，但细胞因子释放综合征（CRS）引起的危及生命的并发症阻碍了更广泛的应用。CRS的特征是细胞因子水平急剧升高，如IL-6和TNF-α，从而引发一系列症状，包括高烧、体重减轻、器官衰竭甚至死亡。越来越多的研究表明，某些免疫细胞，特别是巨噬细胞和单核细胞，是毒性细胞因子的主要来源，包括IL-6。而IL-6在CRS的产生、发展和管理中发挥着关键作用，是导致患者出现危及生命的毒性

细胞疗法造成细胞因子大量释放（来源：网络）

然而，目前的IL-6阻断策略面临以下的几项挑战：（1）抗体很容易从体内被清除。（2） 系统性引入阻断抗体通常会导致一些不良毒性，如高尿酸血症、呼吸道感染和肝毒性。此外，许多临床研究表明，特定的药物无法控制延迟性神经毒性，甚至可能加剧神经毒性。（3） 目前临床上的CRS管理策略需要持续监测CAR-T细胞输注后的细胞因子和CRS相关症状。IL-6R/IL-6阻断抗体给药的延迟都将导致严重的毒性，包括器官衰竭甚至患者死亡。到目前为止，很难准确预测患者是否以及何时会发展为CRS，以及其严重程度。因此，迫切需要探索新的治疗方法，以期在CAR-T细胞输注之前预防CRS。

可吸收细胞因子的水凝胶

针对以上挑战，国家纳米科学中心梁兴杰研究员、吴雁研究员和Ningqiang Gong（共一兼通讯）等人提出了一种IL-6海绵（IL6S），用于预防CAR-T细胞诱导的CRS。IL6S是基于与热敏水凝胶聚（N-异丙基丙烯酰胺-邻甲基丙烯酸）化学偶联的IL-6特异性抗体制造而来的。IL6S可以在CAR-T细胞输注之前给药，以实时捕捉CRS期间异常增加的IL-6。在IL6S治疗CRS相关症状包括高死亡率、体重减轻和低血压的同时，它并没有损害CAR-T细胞的抗肿瘤功效。此外，IL6S可以在注射位点冰敷后用注射器轻易地清除。这种海绵策略将CRS管理从传统的阻断缓解转化为有效的预防，因此具有更安全的CAR-T细胞治疗的潜力。相关工作以“Suppression of cytokine release syndrome during CAR-T-cell therapy via a subcutaneously injected interleukin-6-adsorbing hydrogel”为题发表在Nature Biomedical Engineering。

【文章要点】

一、IL6S的合成

作者首先合成了水凝胶聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸）[P（NIPAAm-co-MAA）]，随后将IL-6特异性单克隆抗体偶联到P（NIPAAm-co-MAA）以形成IL6S。低临界溶液温度（LCST）实验表明，IL6S表现出浓度依赖性特征。IL6S在LCST下是透明液体（处于溶胶状态），并在37°C转化为云白色的非流动水凝胶 。IL6S在皮下注射后能保持稳定，可保留在注射部位，其体积在15天内基本保持不变。研究还发现，IL-6抗体（6.11%）从水凝胶框架中的泄漏十分有限，IL-6抗体可均匀地分布在整个海绵框架中。对IL6S的生物相容性评估显示，IL6S不影响CAR-T细胞、HUVEC和NIH3T3细胞的生存能力。此外，IL6S的添加不会损害CAR-T细胞的肿瘤细胞裂解能力（图1）。

图1 IL6S的合成表征

二、IL6S的抗体吸附表现及其机制

研究发现IL-6抗体与水凝胶的结合不会损害IL-6抗体与IL-6分子的结合亲和力。IL6S的IL-6吸附阈值可以通过调节水凝胶中IL-6抗体的浓度或距离来控制。这些数据表明，水凝胶中IL-6抗体浓度越低，IL6S开始捕获IL-6所需的IL-6浓度就越高。研究进一步证实，IL6S与1 ng μl−1的IL-6抗体结合到水凝胶上不会影响健康小鼠的IL-6水平。这些结果表明，用1 ng μl−1的IL-6抗体与水凝胶结合不会导致健康小鼠对IL-6的吸附。实验结果显示，IL6S捕获的IL-6的摩尔量高于偶联抗体的摩尔量。探索其机制发现，更高浓度的抗体意味着在水凝胶框架中缀合的相邻抗体之间存在着更短的空间距离。因此，IL6S中的实际/理论吸附率与相邻抗体距离之间存在负相关。计算模拟实验进一步证实了这一点。运动轨迹分析说明了IL-6分子和偶联抗体之间的动态相互作用：在水凝胶框架中，IL-6分子被限制在特定区域，并且可以可逆地与缀合抗体结合或从缀合抗体脱落。特定的抗体可以连续地结合不同的IL-6分子。类似地，在某个空间区域内的一对抗体可以通过动态结合-脱落过程结合三个或多个IL-6分子。如图2所示，当从抗体中脱落时，IL-6分子将被短时间限制在海绵框架内。水凝胶框架起到物理屏障的作用，以避免脱落的IL-6分子立即逃逸。这使得IL-6分子和结合抗体之间的重复结合-脱落相互作用成为可能。

图2 IL6S的抗体吸附表现及其机制

三、治疗效果

为了在更具临床相关性的模型中进一步评估IL6S的CRS管理能力，研究在人源化NCG-SGM3（HuSGM3）小鼠中构建了CRS模型。研究首先用PBS、IL-6抗体或IL6S处理小鼠，然后将CAR-T细胞输注到小鼠中，并持续监测血清细胞因子和CRS相关症状。与PBS-和IL-6抗体处理的小鼠相比，接受IL6S处理的小鼠血清中的IL-6浓度显著降低。此外，IL6S还显著抑制了许多其他细胞因子，如人CCL2、TNF-α和IL-10。IL6S治疗可显著降低CRS小鼠的死亡率，也不会显著影响小鼠的血压或者造成体温升高、减重等不良反应。更值得注意的是，在接受IL6S的小鼠没有观察到神经毒性的迹象。总之，这些结果表明，在人源化CRS小鼠模型中，IL6S可以有效降低炎症细胞因子水平并减轻CRS相关症状（图3）。

图3 抑制CAR-T细胞诱导的CRS

【结论与展望】

最后，由于IL6S在体内不能降解，研究通过用冰袋覆盖注射区域来恢复流动性，这诱导了凝胶-溶胶转变，从而能够用注射器去除IL6S。总之，IL6S将CRS管理从传统的阻断缓解转变为有效的预防，因此有望最终适用于临床CRS管理。考虑到具有类似特征的CRS也发生在SARS-CoV-2感染的新冠肺炎患者中，IL6S也有望用于在抗病毒治疗期间预防性控制相关症状。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41551-023-01084-4

来源：BioMed科技

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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