Science Advances：激活体内的免疫细胞并重新编程，攻击和摧毁癌细胞

工程学院的研究人员探索了一种癌症免疫疗法，该疗法涉及激活体内的免疫细胞并重新编程以攻击和摧毁癌细胞。这种治疗方法经常使用细胞因子，一种小的蛋白质分子，作为细胞间生化信使，由身体的免疫细胞释放，以协调它们的反应。

　　

癌症是我们社会的怪物。根据美国癌症协会(American cancer Society)的数据，仅去年一年，美国就有60多万人死于癌症。对了解这种复杂疾病的不懈追求，推动了医学进步，开发了侵入性更小但仍然高效的治疗方法。

免疫疗法作为一种可能的解决方案正在兴起。免疫疗法包括利用人体免疫系统的力量来对抗癌细胞。工程学院的研究人员已经找到了一种方法，将一种治疗程序改造成一种开创性的实践。

化学工程副教授Rong Tong与材料科学与工程副教授Wenjun "Rebecca" Cai合作，探索了一种研究人员一直感兴趣的癌症免疫治疗方法。在他们最新发表在《科学进展》杂志上的文章中，Tong和Cai详细介绍了他们的方法，包括激活体内的免疫细胞，并对它们进行重新编程，以攻击和摧毁癌细胞。这种治疗方法经常与蛋白质细胞因子一起实施。细胞因子是一种小的蛋白质分子，作为细胞间生化信使，由身体的免疫细胞释放，以协调它们的反应。

Tong说:“细胞因子在刺激免疫细胞消灭癌细胞方面是有效的。”“问题是，它们非常强大，如果它们在体内自由漫游，它们会激活它们遇到的每一个免疫细胞，这可能导致过度活跃的免疫反应和潜在的致命副作用。”

Tong和Cai与化学工程和材料科学与工程研究生合作，开发了一种创新的方法，将细胞因子蛋白作为一种潜在的免疫治疗方法。与以前的方法不同，他们的技术确保免疫细胞刺激细胞因子在肿瘤内有效定位数周，同时保留细胞因子的结构和反应性水平。

联合力量消灭癌细胞

目前的癌症治疗，如化疗，无法区分健康细胞和癌细胞。当癌症患者接受化疗时，治疗会攻击他们体内的所有细胞，这可能会导致脱发和疲劳等副作用。刺激人体免疫系统攻击肿瘤是一种很有希望的治疗癌症的替代方法。细胞因子的传递可以启动肿瘤中的免疫细胞，但过度刺激健康细胞会导致严重的副作用。

Tong说:“科学家们不久前确定，细胞因子可以用来激活和对抗肿瘤，但他们不知道如何将它们定位在肿瘤内部，同时不将毒性暴露给身体的其他部分。”“化学工程师可以从工程的角度来看待这个问题，并利用他们的知识来帮助改进和提高细胞因子的有效性，这样它们就可以在体内有效地发挥作用。”

研究小组的目标是在杀死体内癌细胞和保留健康细胞之间找到一种平衡。

为了实现这一目标，Tong和他的学生利用他们的专业知识制造出具有不同大小的特殊颗粒，以帮助确定药物的去向。这些微粒被设计成在注入体内后留在肿瘤环境中。蔡和她的学生们致力于测量这些粒子的表面特性。

“在材料科学与工程领域，我们研究材料的表面化学和机械行为，比如为这个项目创造的特殊颗粒，”蔡说。“表面工程和表征，以及颗粒大小，在控制药物输送中起着重要作用，确保延长药物存在和持续的治疗效果。”

为了确保成功的药物输送，Tong和他的化学工程专业学生设计了一种新的策略:

• 将细胞因子固定在这些新的微粒上，限制细胞因子对健康细胞的危害

• 允许新的颗粒锚定细胞因子启动免疫系统并招募免疫细胞攻击癌细胞

Tong说:“我们的策略不仅最大限度地减少细胞因子对健康细胞的伤害，而且延长了细胞因子在肿瘤中的滞留时间。”“这有助于促进免疫细胞的募集，以进行靶向肿瘤攻击。”

该过程的下一步涉及将新的局部细胞因子治疗方法与市售的、美国食品和药物管理局(FDA)批准的检查点阻断抗体结合起来，这种抗体可以重新激活已经沉默的肿瘤免疫细胞，从而使它们能够对抗癌细胞。

“当体内有肿瘤时，身体的免疫细胞就会被癌细胞灭活，”Tong解释说。美国食品和药物管理局批准的检查点阻断抗体有助于“解除”肿瘤对免疫细胞的“刹车”，而细胞因子分子则“加速”启动免疫系统，让免疫细胞大军对抗癌细胞。这两种方法共同作用，激活免疫细胞。”

在他们的研究中，将检查点抗体与颗粒锚定细胞因子结合被证明可以成功地消除许多肿瘤。

工程学对癌症治疗的影响

研究小组成员希望他们对免疫疗法治疗的影响是朝着对健康细胞无害的癌症治疗方法迈进的更大运动的一部分。根据研究小组的说法，这种将细胞因子附着在颗粒上的新方法将来也可以用于输送其他类型的免疫刺激药物。

Tong说:“研究人员仍在寻找更安全、更有效的癌症治疗方法。”“正是这种动力推动我们在该领域开发新技术。用于启动免疫系统以对抗癌细胞的整个药物类别在很大程度上尚未取得成功。我们的目标是创造新的解决方案，使研究人员能够用现有的fda批准的治疗方法测试这些药物，确保安全性和增强的疗效。”

癌症治疗研究的本质需要跨工程学科的专业知识。

“我认为这个项目是化学工程和材料科学的完美结合，前者侧重于合成和给药部分，后者侧重于应用先进的材料表征。这次合作不仅加速了免疫治疗研究，而且有能力改变癌症治疗。”Cai说。