從NK細胞中收獲能殺死癌癥的外泌體研究取得重要進展

肺癌是最常見的肺原發性惡性腫瘤，絕大多數肺癌起源于支氣管粘膜上皮，故亦稱支氣管肺癌。肺癌可向四周乃至全身擴散。

近50多年來，世界各國特別是工業發達國家，肺癌的發病率和病死率均迅速上升，死于癌病的男性病人中肺癌已居首位。肺癌目前是全世界癌癥死因的第一名，1995年全世界有60萬人死于肺癌，而且每年人數都在上升。

而女性患肺癌的發生率尤其有上升的趨勢。本病多在40歲以上發病，發病年齡高峰在60～79歲間。男女患病率為2.3:1。種族、家屬史與吸煙對肺癌的發病均有影響。

肺癌——當今全球頭號癌癥殺手

密歇根大學羅杰爾癌癥中心和密歇根大學工程學院的研究人員基于新興療法開展了人體自然殺傷細胞（NK細胞）來對抗癌癥，又向前邁進了一步。

該團隊開發了一種被認為是捕獲自然殺傷細胞并讓它們釋放稱為外泌體的殺癌包的一種方法。這些納米級外泌體比自然殺傷細胞（或簡稱 NK 細胞）小數千倍，因此能夠更好地穿透癌細胞的防御。

對來自五名肺癌患者的血液樣本進行的一項驗證研究表明，該方法能夠在微流控芯片上捕獲自然殺傷細胞，并利用它們來“培育”NK 外泌體。

根據發表在“Advanced Science”上的研究結果，包括 U-M 工程師和腫瘤學家在內的多學科團隊進一步證明，外泌體可以有效殺死細胞培養物中的循環腫瘤細胞。

“外泌體是蛋白質和其他分子的小囊泡，幾乎由人體內所有類型的細胞自然釋放，”化學工程研究員、該研究的共同主要作者 Yoon-Tae Kang 博士說. “在這種情況下，我們想擴大我們對 NK 外泌體的了解，并嘗試利用它們的殺癌潛力。”

他說，與 NK 細胞相比，NK 外泌體更穩定，更容易為治療目進行修飾。研究指出，該系統還具有幫助診斷和監測癌癥的潛力。

長期以來，利用 NK 細胞的機制為研究人員提供了一種可能性。與 T 細胞不同，NK 細胞不必被入侵者特異性抗原啟動以擊退入侵者。

“然而，基于NK細胞療法的一個主要瓶頸是，將 NK 細胞注射到患者體內后，它們不擅長滲透到腫瘤微環境中，”共同主要作者、博士生 Zeqi Niu 說。?“NK 細胞衍生的外泌體含有相同的殺癌分子，但它們要小得多，而且能夠更好地滲透到腫瘤中。”

聯合資深研究作者 Sunitha Nagrath 補充說，雖然之前的少數研究已經檢查了 NK 外泌體殺死癌細胞的能力，但還沒有一種系統的方法來捕獲患者來源的 NK 細胞并使用它們來生成 NK 外泌體。密歇根大學化學工程副教授，羅杰爾癌癥中心成員。

“外泌體的優勢在于它們是有機的，對我們的身體來說是原生的，”她說。“我們不必制造它們。這種方法的美妙之處在于能夠在微流控芯片上捕獲 NK 細胞，將它們在芯片上培養一小段時間，然后收集細胞釋放的外泌體。”

NK 外泌體采集系統結合了三種技術。首先，研究人員在密歇根大學開發的氧化石墨烯微流控芯片上捕獲了 NK 細胞。然后培養細胞，促使它們釋放外泌體。

外泌體被稱為 ExoBeads 的微小磁珠捕獲，這些磁珠表面涂有外泌體特異性抗體；從芯片中取出珠子，然后使用不同的過程將 NK 外泌體與它們分離。同時，該團隊使用同樣在 U-M 開發的名為 Labyrinth 的液體活檢系統，從患者血液樣本中分離循環腫瘤細胞，以評估 NK 細胞與外泌體以及循環腫瘤細胞之間的相關性。

這些早期研究工作檢查了來自五名肺癌患者和兩名健康對照的樣本。“我們發現樣本中的 NK 細胞越多，循環腫瘤細胞就越少，”Niu說。“我們還發現樣本中的腫瘤細胞越多，存在的 NK 外泌體就越多——這表明癌癥的存在正在刺激 NK 細胞產生抗癌外泌體。”

其他實驗表明，來自患者樣本的 NK 外泌體確實能夠殺死細胞培養物中的循環腫瘤細胞。

用于芯片上自然殺傷細胞(NK細胞)?分離、NK 細胞衍生的外泌體生物發生以及 NK 外泌體潛在治療用途，微流體技術方法示意圖

循環腫瘤細胞是一種已經脫離原發腫瘤并開始在血液中傳播的細胞。然后這些可以通過稱為轉移的過程在身體的其他地方播種新的癌癥。

“當我們第一次開始這項研究時，我們不確定我們是否能夠使用芯片和 ExoBeads 產生和收獲 NK 外泌體，”Nagrath 說。“或者，如果我們能夠足夠有效地收集它們以用于潛在的治療用途。NK 細胞捕獲過程，將 NK 外泌體與磁珠分離的過程，創建一種分析來評估外泌體殺死癌細胞的能力——要使這種方法取得成功，必須優化許多組件，每個組件都提出了自己的挑戰。”

研究人員指出，外泌體還具有進一步改造和優化的潛力，可以更有效地對抗癌細胞。

下一步的研究工作

Kang說，將需要額外的驗證和工作來開發該技術以實現潛在的未來臨床用途。

研究中包含的患者樣本數量受到 COVID-19 大流行的緊急情況的限制，導致整個密歇根大學校園的實驗室暫時關閉。研究人員計劃用更多的患者樣本繼續這項工作。他們還與合作者合作，在小鼠癌癥模型中測試外泌體在體內對抗腫瘤的功效。

正在使用該技術從血液中捕獲免疫細胞，以便為醫生提供有關患者癌癥的更多信息。這與大多數液體活檢技術不同，后者側重于捕獲和評估循環腫瘤細胞。

研究人員還強調了醫生和科學家之間合作在推進研究方面的核心作用。

“針對免疫檢查點的免疫治療方法徹底改變了幾種癌癥的治療方法。然而，只有一小部分患者表現出持久的臨床益處和治愈表現，”共同資深作者、MBBS 腫瘤學家和內科教授 Nithya Ramnath 說。?“然而，對 NK 細胞本身或與免疫檢查點抑制劑聯合使用的初步研究只顯示出適度的結果。

另一方面，NK 衍生的外泌體能夠更有效地進入腫瘤。目前的論文代表了技術進步不僅可以收獲 NK 細胞，還可以收獲 NK 衍生的外泌體，這有助于為未來的免疫治療方法提供信息。”

Reference:?Kang Y-T, Niu Z, Hadlock T, et al. On-chip biogenesis of circulating NK cell-derived exosomes in non-small cell lung cancer exhibits antitumoral activity. Adv. Sci. 2021. doi:https://doi.org/10.1002/advs.202003747