CAR-T细胞是一种经过基因改造、能够攻击癌细胞的免疫细胞，目前已用于治疗部分血液癌症。然而，美国只有约5%的医院具备生产和提供CAR-T细胞疗法的能力。对许多患者来说，这意味着细胞需要经过冷冻处理后长途运输。
为了让更多患者能够获得这种疗法，麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出一种新方法，旨在保护细胞免受冷冻保存和运输过程中的损伤。这一技术大幅减少了目前用于保护细胞的化学防腐剂的用量，有望使更多医院能够为患者提供这一治疗选项。
与使用需要在治疗前去除的冷冻保护化学品不同，研究人员采用了一种无毒的抗冻糖来保存细胞。
"从理论上讲，采用这种方法，细胞解冻后可以直接注射，无需任何额外处理步骤。我们认为，这将使更多癌症治疗中心能够提供CAR-T细胞疗法。"MIT科赫综合癌症研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）首席研究员、本研究论文共同主要作者Ana Jaklenec表示。该研究本周发表于《生物技术趋势》（Trends in Biotechnology）。
研究显示，采用这种方法保存的细胞存活率更高，并已在小鼠实验中成功用于治疗淋巴瘤和胶质母细胞瘤。MIT大卫·H·科赫讲席教授Robert Langer也是本文的共同资深作者，MIT博士后Amy Lee和Khanh Tran为论文的主要作者。
细胞保存技术的革新
制备CAR-T细胞时，医生首先从患者血液样本中分离出T细胞，再对这些细胞进行基因工程改造，使其表达一种名为嵌合抗原受体（CAR）的蛋白质，该蛋白质可靶向癌细胞上的特定蛋白。
随后，细胞需要经过数周的增殖培养，直到数量足够后再回输至患者体内。目前只有少数医院具备生产和使用这些细胞的能力，大多数CAR-T细胞须在集中实验室设施中制备完成，冷冻后再运往各地医院或癌症治疗中心。
为防止冰晶损伤细胞膜，目前通常使用一种名为二甲基亚砜（DMSO）的化学物质对细胞进行处理，以阻止冰晶形成。但在回输前必须将DMSO去除，而大多数医院并不具备这项专业能力，这也制约了它们提供CAR-T细胞疗法的能力。
去除DMSO的过程本身也会对细胞造成损伤，降低存活的CAR-T细胞数量和疗效。MIT团队希望找到一种减少乃至消除DMSO使用的方法，从而让更多患者能够获得这种治疗。
"我们审视了这一细胞生产流程，寻找改进空间，以提升疗效，并最终实现细胞向治疗中心的便捷配送。我们的目标是消除这种化学物质的添加，转而专注于使用糖类等安全辅料。"Jaklenec说道。
研究人员采用了两种科学家此前已用于帮助细胞抵御低温的糖类物质——海藻糖和蔗糖。这两种糖能帮助细胞在低温环境中保护蛋白质不发生变性，并抑制冰晶形成。这种抗冻机制广泛存在于北极生物中，例如北美林蛙，帮助它们在极度低温下存活。
为将糖分子导入细胞，研究人员采用了电穿孔技术——通过向细胞施加微弱电流，短暂在细胞膜上打开孔洞，使糖分子等大分子得以进入。研究发现，仍需添加少量DMSO，但其用量已低至无需在治疗前去除的水平。
"我们相信，这一冷冻保存策略能够真正提升细胞疗法的可及性，因为采用这种方案，无需去除冷冻保护剂，细胞解冻后即可直接使用。"Lee说。
更高效的治疗效果
研究人员将这一技术应用于CAR-T细胞和间充质干细胞——后者可分化为多种细胞类型，在再生医学领域具有重要潜力。对两类细胞而言，以糖类作为主要冷冻保护剂时，细胞在冻融过程中的存活率均高于使用DMSO的传统方法。
研究人员还在小鼠模型中，使用解冻后的CAR-T细胞治疗非霍奇金淋巴瘤和胶质母细胞瘤。接受新方案保存CAR-T细胞治疗的小鼠，存活率高于接受传统DMSO保存细胞治疗的小鼠。
"活体生物治疗产品的保存方法长期以来创新有限，在规模化层面仍缺乏充分研究，且往往损害解冻后细胞的活力与功能。我们认为，这些发现强调了对细胞疗法生产每一环节进行全面表征与优化的重要性，这将对治疗效果产生深远影响。"Tran说道。
研究团队目前希望与医院合作，探索这一新技术能否顺利融入CAR-T细胞的生产与解冻流程。
"如果在细胞活力和功能方面的验证结果令人满意，我们或许会开展一项小规模的患者临床试验。"Jaklenec表示。
波士顿儿童医院及哈佛医学院儿科学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员Vijay G. Sankaran虽未参与本研究，但对其潜在应用前景表示高度期待。
"作为一名儿科血液肿瘤科医生，我们使用的许多细胞疗法——包括CAR-T细胞和造血干细胞——都需要采集和冷冻大量细胞，以确保解冻后有足够数量的健康细胞可供患者使用。这项研究提出了一种创新方法，有望帮助更多细胞在冻融过程中存活，从而使这些强效疗法更加可靠和有效。当然，还需要进一步的研究，以在临床应用场景中验证这些结果。"Sankaran说道。
本研究得到了MIT科赫研究所路德维希中心博士后奖学金及MIT纳米医学癌症研究中心（Marble Center for Cancer Nanomedicine）聚合学者计划的支持。
Q&A
Q1：CAR-T细胞疗法为什么目前难以普及？
A：CAR-T细胞疗法普及面临两大核心障碍：一是美国只有约5%的医院具备生产和提供CAR-T细胞的能力，大多数细胞需在集中实验室制备后冷冻运输；二是现有冷冻保存方法依赖化学物质DMSO，回输前必须去除，但大多数医院不具备这项专业能力，限制了疗法的推广。
Q2：MIT的新冷冻保存技术与传统DMSO方法相比有哪些优势？
A：MIT的新技术以海藻糖和蔗糖两种无毒抗冻糖替代大量DMSO，通过电穿孔技术将糖分子导入细胞。其核心优势在于：细胞解冻后可直接注射，无需额外去除冷冻保护剂的步骤，大幅降低了医院的操作门槛。同时，采用新方案保存的CAR-T细胞存活率更高，在小鼠实验中治疗淋巴瘤和胶质母细胞瘤的效果也优于传统方法。
Q3：电穿孔技术在新冷冻保存方案中起什么作用？
A：电穿孔技术是将糖分子导入细胞的关键手段。糖分子体积较大，无法自然穿透细胞膜。研究人员通过向细胞施加微弱电流，短暂在细胞膜上形成小孔，使海藻糖和蔗糖等大分子得以进入细胞内部，从而在细胞冷冻时发挥抗冻保护作用。
