近年来，科学家们利用基因修饰技术将免疫细胞重新编程为可以攻击癌症的治疗方法。但这种免疫疗法并不适用于所有患者或所有癌症类型，通过可能改善这些重新编程的免疫细胞的遗传变化的每一种可能的组合进行筛选是一项艰巨而缓慢的任务。
现在，格莱斯顿研究所和加州大学旧金山分校（UCSF）的科学家开发了一种技术，可以让他们快速“捕捉”数千种不同的基因编辑组合，以在免疫细胞中进行测试。他们使用他们的筛选技术，称为模块化池敲入筛选（ModPoKI），来鉴定一种新的基因组合，当添加到免疫细胞中时，使细胞持续更长时间，并在对抗癌症方面更有效。
“这是我们提出关于我们如何将遗传程序片段组合到细胞中并测试它们如何对患者有利的问题的能力向前迈出的重要一步，”Gladstone-UCSF基因组免疫学研究所所长AlexMarson博士说。“我认为这将加速更好的细胞疗法的发展。
“这项研究证明了使用高通量基因组学在细胞疗法中发现和设计新的分子程序的力量，并进一步了解这些程序对癌症杀伤所需的T细胞状态的影响，”AnsumanSatpathy博士补充道，他是Gladstone的附属研究员，斯坦福医学院病理学系的助理教授，和该研究的合著者。
混合和匹配零件免疫系统的T细胞在对抗癌症方面起着关键作用。当T细胞通过其表面的受体将癌细胞识别为外来细胞时，它会靶向癌细胞进行破坏。科学家们已经发现了如何改变T细胞上的受体蛋白-通常通过添加人工嵌合抗原受体（CAR）的DNA序列来完成-因此T细胞可以更容易地识别和消除癌细胞。
通过CAR-T细胞疗法，癌症患者的T细胞通过抽血被移除，在实验室中进行基因重新编程以引入这些新的CAR受体，并注入患者的血液中。然而，许多CAR-T细胞疗法仍然存在局限性：它们通常对实体瘤不起作用，它们会随着时间的推移而磨损，并且一些CAR不能引发足够强大的免疫反应来杀死癌细胞。
“CART细胞在治疗白血病和淋巴瘤等血癌方面取得了令人难以置信的成功，但我们仍在寻找优化它们并将其应用于其他癌症的方法，”FranziskaBlaeschke博士说，他是Marson实验室的博士后研究员，也是新论文的第一作者。“到目前为止，我们一直缺乏一种系统的方法，以发现T细胞中的哪些遗传变化在改善CAR-T细胞方面最有效。
GladstoneInstitutes和加州大学旧金山分校的研究人员-包括TheodoreRoth（左）和FranziskaBlaeschke（中）-使用一种新方法筛选了10,种基因编辑组合，这些基因编辑组合在经过工程改造的免疫细胞中用于对抗癌症。学分：迈克尔·肖特/格莱斯顿研究所为了填补这一空白，科学家团队开发了ModPoKI。该技术将多个基因结合成长段DNA，用于CRISPR基因编辑平台。该小组使用该工具通过将数百个基因与特定CAR的DNA混合来创建大约10,种这些DNA延伸的可能组合。然后，他们使用CRISPR将拼接在一起的DNA序列粘贴到T细胞基因组中的指定位置。
每个T细胞都吸收不同的DNA序列，然后研究人员将细胞相互竞争，看看哪些细胞在可以预测抗肿瘤活性的各种测试中表现最好。每个ModPoKI生成的基因集上易于阅读的DNA条形码使他们能够跟踪哪个基因组合导致T细胞得到改善。
在将基因添加到细胞之前以新的方式组合基因的乐高能力使他们能够快速发现可能改善CAR-T细胞的组合，而无需手动选择和设计每种组合。
“我们不必对可能改善细胞功能的东西进行个人猜测并逐一解决它们，我们可以将这些片段组合在一起，并非常快速地连续测试其中的许多，”医学博士TheodoreRoth博士说，他是Marson实验室的前成员，现在与Satpathy的小组合作，也是该研究的共同资深作者。“这是分子生物学中非常有用的一部分。
迈向更好的治疗方法在新研究中，Marson团队添加到细胞中的基因是表面受体（旨在向CAR-T细胞发送增强信号的天然和工程受体）和转录因子（打开和关闭其他基因）。当他们分析数百种表面受体和转录因子的测试结果时，研究人员发现不同的CAR可以通过不同的因素进行优化。
“事实证明，这不是一种单一转录因子适合所有人的方法，”Blaeschke说。“因此，当研究人员开发新的CAR-T细胞时，检查哪些其他因素最适合同时进行工程是有意义的。我们的工作产生了一种图谱科学家可以用来将不同的转录因子与不同的T细胞受体或CAR相结合。
他们还确定了两种转录因子的组合，这些转录因子似乎经常改善CAR-T细胞。这两种转录因子-称为BATF和TFAP4-增强了以前开发用于治疗儿童脑肿瘤的CAR-T细胞的适应性。
“在实验室中，具有BATF和TFAP4的ModPoKI序列使CAR-T细胞显示出改善抗肿瘤活性的潜力，”Marson说。“接下来，我们需要做更多的工作来确定添加这些转录因子是否会使CAR-T细胞对人类癌症患者更有效。
更多信息：亚历山大·马森，合成敲入序列的模块化汇集发现以编程持久细胞疗法，细胞（年）。DOI：10./j.cell..08.01
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