2009年6月22日

分子影像学为免疫治疗提供了新的视角
丹·哈维
郑重声明
第21卷第13页

过继细胞基因免疫疗法(ACGT)寻求利用患者自身的白细胞来追捕和摧毁疾病受损的细胞。然而，它的临床发展一直受到缺点的阻碍，包括监测细胞的方法不足。现有的监测方法不能向用户提供足够的信息，让他们了解转基因白细胞在体内的长期状态。

为了克服这些障碍，来自斯坦福大学医学院分子成像项目、希望之城癌症中心和加州大学洛杉矶分校的合作研究人员设计了一种技术，该技术包括创新的PET应用和新显像剂的创建，以获得序列图像，主动揭示有关这些疾病破坏细胞的位置、有效性和存活的关键信息。

他们最初在一个涉及脑癌患者的小规模研究中测试了这项新技术。他们的研究结果表明，针对一系列疾病，可能会有更有效的细胞疗法。

发展的方法
几十年来，科学家和临床医生一直在研究和临床应用复杂的策略，利用人体自身的免疫细胞(或白细胞)作为疾病的根除者。到目前为止，他们已经取得了相当大的成功，制造出了能够有效追踪、攻击和杀死患病细胞的微型跟踪器。科学家们正通过ACGT将一种恶性冲动转化为良性目的。

该过程包括抽取血液，然后从血清中分离和去除免疫细胞。通常，被移除的细胞包括T细胞，它们属于一种被称为淋巴细胞的白细胞群，可以保护身体免受感染。

在将过继免疫疗法应用于癌症治疗时，科学家将患者的白细胞与自然产生的生长因子结合起来，增强细胞的抗癌能力。斯坦福大学分子成像项目主任、医学博士Sanjiv S. Gambhir解释说:“总的想法是，临床医生重新设计人体的免疫系统，而不是使用‘一次性交易’的化疗或放射疗法，训练它追踪并杀死癌细胞，但使免疫疗法发挥作用数月甚至数年，这将消灭体内残留的任何小癌细胞。”

然而，缺乏有效的成像和跟踪方法构成了一个重大障碍。在这两个领域，更好的工具可以准确地揭示这些经过重组的细胞被重新注入人体后会发生什么。身为放射学教授和斯坦福大学癌症中心成员的甘比希尔说，如果没有全面的了解，研究人员基本上是盲目的。“直到现在，对于几乎所有涉及基因和细胞的治疗，他们都不知道这些细胞到底发生了什么，”他指出。

在癌症治疗中，研究人员已经能够评估下游效应，如肿瘤缩小，但关于杀伤细胞的状态仍然存在问题:一旦它们被重新注射，它们到底去了哪里?也许它们能到达肿瘤并摧毁它。但话说回来，也许他们不会。但是他们会进入不需要的区域吗?如果治疗不成功，是因为细胞没有到达预定目的地，还是细胞只是死亡了?

Gambhir说，这些问题可以通过分子成像来回答。“像任何形式的治疗一样，免疫治疗是通过成像来优化的，”他说。“在这种情况下，成像T细胞的作用为成功的治疗增加了很多力量，因为它可以提供一种直接的方法来适当地定制或个性化治疗。”

两个步骤
Gambhir及其同事提出了一个有效解决上述问题的解决方案。他们的方法提供了重复的“快照”，通过PET扫描(一种新的显像剂)和细胞修饰，揭示了数月甚至数年的细胞位置和生存状态。

该过程的第一步涉及对治疗细胞进行初始修饰，以表达其他身体细胞中不存在的独特报告基因。报告基因在细胞的整个生命周期中表达，不像外部放射性标签在短时间内衰变，也不能提供细胞生死的信息。

这项研究的首席研究员Gambhir说:“与以前的追踪方法相比，这项技术的优势之一涉及到报告基因，它在细胞的整个生命周期中表达，但不会超过它。”

此外，与外部放射性标签不同，报告基因可以在随后的细胞分裂中复制和传递。此外，报告基因为研究人员和临床医生提供了其名称所暗示的信息:关于细胞位置的信息。就像在战区的新闻记者一样，他们可以发回前线正在完成的任务。

第二步，合作研究人员开发了一种名为18F-FHBG的显像剂，它只会被困在表达报告基因的细胞中。当研究人员将这种未结合的显像剂注入病人体内时，他们会得到一张最新的地图，显示出细胞的位置和与手头任务相关的活力。

人类的研究
Gambhir和他的同事在一名患有恶性脑瘤的中年男子身上测试了他们的方法(据2008年11月18日出版的《医学》杂志报道)Nature临床实践肿瘤学）.甘比希尔说:“据我所知，这是第一次在人类身上展示这种报告基因/成像解决方案。”

Gambhir补充说，尽管研究人员开发报告基因技术已经有十多年了，但这项合作研究及其部署的解决方案是第一个能够以任何程度的满意程度回答有关再注射细胞的活动和命运的问题的研究。

2005年3月，这位57岁的受试者被诊断为IV级多形性胶质母细胞瘤(GBM)，这是一种常见的恶性脑肿瘤，诊断后患者的中位生存期约为1至3年。在同意参加斯坦福大学的试验之前，患者接受了手术切除和放疗。患者在切除复发的GBM肿瘤后参加了ACGT临床试验。

斯坦福大学的研究包括输注体外扩增的自体细胞溶解CD8+ T细胞，这些细胞经过基因工程改造，表达白细胞介素13 zetakine基因，该基因编码一种受体蛋白，将这些T细胞靶向肿瘤细胞，也就是说，它们瞄准癌细胞，以及单纯疱疹病毒1型胸苷激酶(HSV1-tk)自杀基因和18F-FHBG。

HSV1-tk基因产生一种产物，可以捕获放射性标记的成像分子，这种分子可以在PET扫描上可视化。利用PET/CT扫描仪，研究人员跟踪了成像分子的位置，进而跟踪了修饰的T细胞。

经过修饰的T细胞在五周的时间内被送回患者的脑肿瘤部位。最后一次细胞输注3天后，患者接受显像剂。随后的PET/CT扫描显示T细胞已经锁定了肿瘤。此外，这些细胞在患者的大脑中迁移，发现了第二个意料之外的肿瘤部位。因此，这项研究显示了T细胞达到预定目标的能力。

该试验在诊断后9个月开始，患者又存活了14个月。ACGT治疗14周后，MRI显示肿瘤明显消退。

甘比希尔说:“在这项研究中，基因改造的T细胞在锁定癌细胞方面做得很好。”他补充说，这项技术可以用于追踪其他免疫细胞，并在未来追踪全身的干细胞。

成像方面
在研究的成像部分，CT部分显示解剖结构，但PET显示最关键的信息。“PET组件，加上我们开发的显像剂……它进入所有体细胞，但只保留在具有报告基因的细胞中，揭示了发射的背景信号，反映了基因工程细胞的位置，”Gambhir解释说。

他说，FHGB与氟脱氧葡萄糖(FDG)-PET明显不同，因为它只选择性地进入基因重组的细胞。他解释说:“FDG进入所有的身体细胞取决于它们对葡萄糖的利用。”“但是使用FDG-PET，我们无法确定基因重组细胞的位置。FHBG-PET的不同之处在于，这种物质只会被困在重新引入的细胞中，这使得我们能够找到它们。因此，如果我们想稍后对病人进行成像以确定细胞的位置，我们重新注入FHBG，同样，它只会进入并被困在与报告基因相连的细胞中。因此，它提供了一种独特的方法来发现所谓的‘条形码’细胞，条形码是放置在细胞内的基因，允许PET跟踪适当的细胞。”

未来的课程
甘比希尔承认，这项研究的复杂性具有挑战性。他说:“由于这项研究涉及细胞的移除、基因重组和重新引入体内以完成摧毁肿瘤的任务，以及利用显像剂和成像技术，这是一项非常困难的研究。”“这需要大量的批准，首先是FDA的批准，然后是相关组织的内部审查委员会的批准。”

研究人员认为，类似的策略将用于监测许多疾病的细胞疗法。Gambhir计划与斯坦福大学和其他机构的研究人员合作，继续研究T细胞和其他肿瘤类型，并研究治疗细胞在关节炎和糖尿病患者体内的运动方式。

“我们希望与采用不同疗法的患者合作。我们正在研究T细胞以外的其他癌症和其他细胞，”他说。“我们的计划是通过让更多的患者参与进来来加大研究力度，并确定这些基于细胞的疗法成功或失败的方式和原因。”

丹·哈维是特拉华州威尔明顿市的自由撰稿人。