“我們發(fā)明了細(xì)胞大小的‘無人工廠’，光一照就‘開工’，能讓腫瘤切除手術(shù)后的復(fù)發(fā)可能性大大降低。”10月31日，華東師范大學(xué)醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)研究中心執(zhí)行主任葉海峰告訴科技日報記者，“無人工廠”由合成生物學(xué)設(shè)計，能夠生產(chǎn)出免疫調(diào)控細(xì)胞因子，指揮機體清除殘存癌細(xì)胞。這一成果近期發(fā)表在《自然·通訊》上。
腫瘤細(xì)胞識別有“盲區(qū)”
手術(shù)切除仍然是實體瘤的主要治療方法，但再精準(zhǔn)的手術(shù)也不可能把腫瘤細(xì)胞清理得“一個不留”。切除后，癌細(xì)胞還零星存在，不斷潛逃誘發(fā)新癌變。因此，腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移成為腫瘤治療領(lǐng)域一直難以攻克的難題。
“人體的免疫系統(tǒng)對于潛逃的腫瘤細(xì)胞存在不敏感、不識別等問題，造成了‘盲區(qū)’。”葉海峰表示，腫瘤細(xì)胞的存在是客觀的，但可以通過激活免疫細(xì)胞增強機體免疫系統(tǒng)圍剿腫瘤細(xì)胞的能力。
據(jù)介紹，切除腫瘤的同時，輔之以免疫調(diào)控的療法，正在成為腫瘤治療的新方案。多種藥物和基于細(xì)胞的技術(shù)被發(fā)展起來用于增強身體自然免疫系統(tǒng)以對抗癌癥。
“在人體內(nèi)實現(xiàn)免疫增強目前來說還是存在風(fēng)險的，因為難以解決控制的問題，就有過度激活的可能，從而危及生命。”葉海峰表示，信號因子的釋放、遞送等過程都要解決“可控”的問題。最理想的狀態(tài)是，在得到“指令”的時候馬上能生產(chǎn)出“吹哨”因子，指令消失后即可停止，就像工廠里的生產(chǎn)線一樣。
細(xì)胞級“無人工廠”實現(xiàn)光控
通過程序的設(shè)計實現(xiàn)生物學(xué)因子精準(zhǔn)可控地釋放，是合成生物學(xué)的技術(shù)優(yōu)勢。但是，用什么控制呢？
在設(shè)計“無人工廠”之初，葉海峰考慮了多種控制的方案。物理信號、化學(xué)信號、電信號等都可以作為“指令”的傳遞載體。但當(dāng)意識到光遺傳學(xué)的手段發(fā)展起來之后，光作為“指令”載體的絕對優(yōu)勢讓葉海峰果斷放棄了其他手段。
“光可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程、無痕，這樣地優(yōu)勢是無法比擬的。”葉海峰說，與其他信號相比，光信號的非侵入性方式在臨床安全性方面非常可貴，且能夠?qū)?xì)胞活動進行明確的調(diào)節(jié)。
葉海峰團隊發(fā)明的遠(yuǎn)紅光控制的免疫調(diào)節(jié)工程細(xì)胞，解決了三方面的問題，即調(diào)控問題、生產(chǎn)問題、自保問題——
團隊先前開發(fā)了一種基于遠(yuǎn)紅光誘導(dǎo)遺傳模塊的光遺傳工具，將這一工具嵌入到活細(xì)胞工廠中，解決精準(zhǔn)調(diào)控問題；
由于細(xì)胞工廠的高擴容能力，研究團隊將多種免疫治療細(xì)胞因子（IFN-β、TNF-α和IL-12）均納入生產(chǎn)系統(tǒng)，解決“吹哨”因子的裝配和生產(chǎn)問題；
細(xì)胞工廠組裝成功后，還需要前往人體中。免疫系統(tǒng)可能將外來物清除，團隊通過將“細(xì)胞工廠”封裝在水凝膠支架中，需要解決自保問題。
葉海峰說：“分析表明這既能保護細(xì)胞不被破壞，也能保障工廠里的‘生產(chǎn)線’在收到光信號后的穩(wěn)定、長期、可調(diào)控地生產(chǎn)。”
在黑色素瘤切除小鼠模型上的實驗也證明了這一點。“細(xì)胞工廠”放在手術(shù)傷口部位后，遠(yuǎn)紅光光照兩小時即可控制表達(dá)釋放免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子IFN-β、TNF-α、IL-12。
“這些‘吹哨’因子調(diào)動小鼠自身免疫系統(tǒng)殺傷殘余的腫瘤細(xì)胞，防止腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。”葉海峰說，相較于傳統(tǒng)治療方式，工程細(xì)胞植入組的小鼠未見腫瘤復(fù)發(fā)，血清中抗腫瘤相關(guān)細(xì)胞因子濃度顯著升高，脾臟和外周血中NK細(xì)胞、T細(xì)胞以及它們的活化細(xì)胞占比均顯著升高，中央記憶型T細(xì)胞占比顯著升高，且不會發(fā)生免疫系統(tǒng)過度激活。
