人工智能如何协助科学家找到让CAR-T细胞杀死癌细胞的“词汇”

人工智能如何协助科学家找到让CAR-T细胞杀死癌细胞的“词汇”这项研究最近发表在《科学》杂志上,它是第一次将先进的计算技术应用于一个传统上通过试错实验和使用预先存在的分子而不是合成分子来设计细胞的领域。这一进展使科学家能够预测他们应该在细胞中包括哪些元素--天然的或合成的--以使其具有有效应对复杂疾病所需的精确行为。癌症是一种以身体内细胞的异常生长和分裂为特征的疾病。肿瘤可以影响身体的任何部分,可以是良性的(非癌症)或恶性的(癌症),通过血液或淋巴系统扩散到身体的其他部分。细胞和分子药理学拜尔斯特聘教授温德尔-林博士说:"这是该领域的一个重要转变,只有拥有这种预测能力,我们才能到达一个地方,迅速设计出新的细胞疗法,开展所需的活动。"他是加州大学旧金山分校细胞设计研究所的负责人,并领导了这项研究。大部分治疗性细胞工程涉及选择或创造受体,当这些受体被添加到细胞中时,将使其能够执行新功能。受体是架设在细胞膜上的分子,用于感知外部环境,并向细胞提供如何应对环境条件的指令。将正确的受体放入一种称为T细胞的免疫细胞中,可以重新编程,使其识别并杀死癌细胞。这些所谓的嵌合抗原受体(CARs)已经对一些癌症有效,但对其他癌症无效。Lim和主要作者KyleDaniels博士是Lim实验室的研究员,他们关注的是位于细胞内部的受体部分,包含一串氨基酸,每个图案都像一个命令"单词",指导细胞内的一个行动。这些词如何被串联成一个"句子",决定了细胞将执行什么命令。今天的许多CAR-T细胞被设计成带有受体,指示它们杀死癌症,但也在短时间内休息一下,就像说:"打掉一些流氓细胞,然后休息一下。"结果是,癌症可以继续生长。该团队认为,通过以不同的方式组合这些"词语",他们可以产生一种受体,使CAR-T细胞能够完成工作而不需要休息。他们制作了一个由近2400个随机组合的命令句子组成的图书馆,并在T细胞中测试了其中的数百个,以了解它们在打击白血病方面的有效性。接下来,Daniels与计算生物学家SimoneBianco博士合作,他在研究时是IBMAlmaden研究中心的研究经理,现在是Altos实验室的计算生物学主任。比安科和他的团队,也是在IBMAlmeden的研究人员萨拉-卡波尼博士,以及当时在IBM做博士后、现在在Altos实验室的王尚英博士,将新的机器学习方法应用于数据,生成全新的受体句子,他们预测这将更加有效。"我们改变了句子中的一些词语,并赋予它新的含义,"丹尼尔斯说。"我们预测性地设计了T细胞,它们不需要休息就能杀死癌症,因为新的句子告诉它们,'把那些流氓肿瘤细胞打掉,然后继续打'。""整体绝对大于部分之和,"Bianco说。"它使我们不仅能够更清楚地了解如何设计细胞疗法,而且能够更好地理解生命本身的基本规则,以及生物如何做它们所做的事情。"鉴于这项工作的成功,卡波尼补充说:"我们将把这种方法扩展到多样化的实验数据中,并希望能重新定义T细胞设计"。研究人员相信这种方法将产生用于自身免疫、再生医学和其他应用的细胞疗法。丹尼尔斯对设计自我更新的干细胞感兴趣,以消除对献血的需求。他说,这种计算方法的真正力量超出了制作命令句子的范围,而是理解分子指令的语法。丹尼尔斯说:"这是制作细胞疗法的关键,它能准确地完成我们希望它们做的事情。这种方法促进了从理解科学到工程的现实应用的飞跃。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339927.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1339927.htm

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科学家发现提升CAR-T人工免疫细胞的能力的方法

科学家发现提升CAR-T人工免疫细胞的能力的方法瑞士西部的研究人员发现了如何增强CAR-T细胞的抗肿瘤能力,这种人工免疫"超级细胞"可用于抗击血癌。在现有的免疫疗法中,使用"CAR-T"细胞治疗某些血癌已显示出显著疗效,但只有一半的患者接受了这种治疗。其中一个主要原因是这些在体外经过人工改造的免疫细胞过早出现功能障碍。来自日内瓦大学(UNIGE)、洛桑大学(UNIL)、日内瓦大学医院(HUG)和沃州大学医院(CHUV)(均为瑞士莱曼癌症中心(SCCL)的一部分)的合作研究小组找到了一种延长CAR-T细胞功能的方法。通过抑制一种非常特殊的新陈代谢机制,研究小组成功地制造出了具有增强免疫记忆的CAR-T细胞,能够更长时间地对抗肿瘤细胞。这些非常有前景的成果最近发表在《自然》(Nature)杂志上。CAR-T细胞免疫疗法是指从癌症患者身上提取免疫细胞(通常是T淋巴细胞),在实验室中对其进行改造,以增强其识别和对抗肿瘤细胞的能力,然后再重新给患者注射。然而,与其他类型的免疫疗法一样,许多患者对治疗没有反应或复发。CAR-T细胞必须在大规模繁殖后才能施用,负责协调这项研究的研究员马蒂亚斯-韦内斯(MathiasWenes)解释说,患者的病史与扩增过程相结合,会使细胞耗尽:它们达到一种终极分化状态,促使其生命周期结束,而没有给它们留出作用于长度的时间。他在伊基克大学医学院医学系和哈工大肿瘤学系丹尼斯-米格里奥里尼教授(PrDenisMigliorini)的实验室工作。癌细胞和免疫细胞的共同机制在缺氧的情况下,癌细胞会采用一种非常特殊的生存机制:它们通过一种被称为'还原羧化'的化学反应,代谢氨基酸谷氨酰胺作为替代能源。''免疫细胞和癌细胞的新陈代谢相当相似,这使它们能够快速增殖。我们在这里确实发现了T细胞也使用这种机制,"该研究的第一作者、UNIL-CHUV肿瘤学系何平之(Ping-ChihHo)教授实验室的博士生艾莉森-雅卡尔(AlisonJaccard)解释说。为了研究还原羧化的作用,科学家们抑制了白血病和多发性骨髓瘤这两种血癌小鼠模型中CAR-T细胞的这种机制。马蒂亚斯-韦内斯总结说:"我们改造后的CAR-T细胞繁殖正常,没有失去攻击能力,这表明还原羧化对它们来说并不重要。"用这些CAR-T细胞治愈小鼠更重要的是,用这种方法治疗的小鼠几乎治愈了癌症,这一结果远远超出了研究小组的预期。没有了还原羧化,细胞不再像以前那样分化,并能更长时间地保持抗肿瘤功能。"甚至,这也是我们发现的核心所在,它们往往会转化为记忆T淋巴细胞,这种免疫细胞保留了需要攻击的肿瘤元素的记忆。"记忆T淋巴细胞在次级免疫反应中起着关键作用。它们保留了对以前遇到过的病原体的记忆,并能在病原体再次出现时重新激活--如病毒,也如肿瘤病原体--提供更持久的免疫保护。同样的原理也适用于CAR-T细胞:记忆细胞的数量越多,抗肿瘤反应就越有效,临床效果就越好。因此,CAR-T细胞的分化状态是治疗成功与否的关键因素。我们每个细胞中的DNA在展开后长度约为两米。为了适应微小的细胞核,DNA被压缩在称为组蛋白的蛋白质周围。为了进行基因转录,特定的DNA区域需要展开,而这是通过改变组蛋白来实现的。当T细胞被激活时,组蛋白就会发生改变,一方面使DNA浓缩,阻止基因转录,确保长寿;另一方面打开DNA,允许基因转录,驱动其炎症和杀伤功能。还原羧化作用直接作用于代谢物的生成,即改变组蛋白的小化学元素,从而影响DNA的包装,阻止长寿基因的进入。抑制还原羧化可维持这些基因的开放,促进它们转化为长寿记忆CAR-T。临床应用指日可待?"科学家们用于阻止还原羧化的抑制剂是一种已被批准用于治疗某些癌症的药物。因此,我们建议对其进行重新定位,以扩大其使用范围,并在体外培育出更强大的CART细胞。当然,它们的疗效和安全性还需要在临床试验中进行检验,但我们对此抱有很大的希望。"作者总结道。如果没有瑞士莱曼癌症中心建立的网络,这项潜在的可转化工作将永远无法实现。事实上,不少于四家莱曼研究所的实验室联手完成了这一具有影响力的项目:它们是:联合国教科文组织终身学习研究所(UNIL)、法国高等研究中心(CHUV)、法国高等工程大学(UNIGE)和德国高等教育研究所(HUG)。这些机构之间的联盟促进了各研究小组之间的合作,从而在相互补充的领域(肿瘤代谢、肿瘤免疫学、免疫细胞工程)发挥协同作用。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386369.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1386369.htm

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科学家创造新分子 利用细胞中的弱点杀死难以治疗的癌细胞

科学家创造新分子利用细胞中的弱点杀死难以治疗的癌细胞得克萨斯大学达拉斯分校的一名研究人员创造的一种新分子通过利用细胞中的一个弱点杀死了各种难以治疗的癌细胞,包括三阴性乳腺癌的癌细胞,而这个弱点以前并不是现有药物的目标。这项研究是利用分离的细胞、人类癌症组织和小鼠生长的人类癌症进行的,最近发表在《自然-癌症》上。作为该研究的共同通讯作者和得克萨斯大学达拉斯分校自然科学和数学学院的化学和生物化学副教授,Jung-MoAhn博士在其职业生涯的十多年里一直致力于开发针对细胞中蛋白质-蛋白质相互作用的小分子药物。他曾使用一种称为基于结构的合理药物设计的方法,创造了治疗耐药性前列腺癌和乳腺癌的潜在候选化合物。在目前的工作中,Ahn和他的同事测试了他合成的一种名为ERX-41的新型化合物对乳腺癌细胞的影响,包括那些含有雌激素受体(ER)和不含有的乳腺癌细胞。虽然对ER阳性乳腺癌患者有有效的治疗方法,但对三阴性乳腺癌(TNBC)患者却没有什么治疗选择,TNBC缺乏雌激素、孕激素和人表皮生长因子受体-2(HER2)的受体。TNBC通常影响40岁以下的女性,并且比其他类型的乳腺癌有更差的结果。Ahn说:“ERX-41化合物没有杀死健康细胞,但它消灭了肿瘤细胞,而不管癌细胞是否有雌激素受体。事实上,它杀死三阴性乳腺癌细胞的效果比杀死ER阳性细胞的效果更好。”“这在当时让我们感到困惑。我们知道它一定是针对TNBC细胞中雌激素受体以外的东西,但我们不知道那是什么。”为了研究ERX-41分子,Ahn与合作者合作,包括共同通讯作者GaneshRaj博士,UT西南医学中心HaroldC.Simmons综合癌症中心的泌尿学和药理学教授,以及UTHealthSanAntonio的产科和妇科教授RatnaVadlamudi博士。Ahn的生物有机/药物化学实验室的前UTD研究科学家Tae-KyungLee博士参与了该化合物的合成工作。研究人员发现,ERX-41与一种叫做溶酶体酸性脂肪酶A(LIPA)的细胞蛋白结合。LIPA存在于一种叫做内质网的细胞结构中,这是一种处理和折叠蛋白质的细胞器。Ahn说:“为了让肿瘤细胞快速生长,它必须产生大量的蛋白质,而这对内质网造成了压力。癌细胞明显地过度产生LIPA,比健康细胞多得多。通过与LIPA结合,ERX-41阻碍了内质网的蛋白质处理,内质网变得臃肿,导致细胞死亡。”该研究小组还在健康小鼠中测试了这种化合物,并观察到没有不良影响。“我们花了几年时间来追寻到底是哪种蛋白质受到了ERX-41的影响。这是最困难的部分。我们追逐了许多死胡同,但我们没有放弃,”Ahn说。“三阴性乳腺癌特别隐蔽--它针对的是年轻的女性;它具有侵略性,而且对治疗具有抗性。我真的很高兴我们发现了一些有可能为这些病人带来重大改变的东西。”研究人员将这种化合物喂给患有人类形式的癌性肿瘤的小鼠,肿瘤变小了。事实证明,该分子还能有效地杀死从切除肿瘤的病人身上收集的人体组织中的癌细胞。他们还发现,ERX-41对其他内质网压力升高的癌症类型有效,包括难以治疗的胰腺癌和卵巢癌以及...PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309299.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1309299.htm

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科学家发现一种触发癌细胞凋亡的“开关”

科学家发现一种触发癌细胞凋亡的“开关”这项研究成果最近发表在《细胞死亡与分化》(CellDeath&Differentiation)杂志上。CD95受体又称Fas,通常被称为"死亡受体"。这些蛋白质结构存在于细胞膜内,一旦被激活,就会释放出导致细胞自毁的信号。调节Fas还可以将嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法的益处扩大到卵巢癌等实体瘤。医学微生物学和免疫学系副教授、该研究的资深作者乔根德-图希尔-辛格(JogenderTushir-Shingh)说:"我们找到了细胞毒性Fas信号以及CART细胞旁观者抗肿瘤功能的最关键表位。以前针对这种受体的研究一直没有成功。但现在我们确定了这个表位,就有可能找到针对肿瘤中Fas的治疗方法。"寻找更好的癌症疗法癌症一般通过手术、化疗和放疗来治疗。这些疗法最初可能有效,但在某些情况下,耐药性癌症往往会复发。免疫疗法,如基于CART细胞的免疫疗法和免疫检查点受体分子激活抗体,已显示出打破这种循环的巨大前景。但它们只能帮助极少数患者,尤其是卵巢癌、三阴性乳腺癌、肺癌和胰腺癌等实体瘤患者。T细胞是一种免疫细胞。CART细胞疗法是将患者的T细胞与特定的肿瘤靶向抗体嫁接,从而改造T细胞来攻击肿瘤。这些改造过的T细胞对白血病和其他血癌有疗效,但对实体瘤却屡试不爽。究其原因,肿瘤微环境善于阻挡T细胞和其他免疫细胞。抗原阳性的肿瘤细胞(左图,蓝色)是CART细胞(浅红色)的直接靶点,因为抗体与抗原之间存在高亲和力接触。相反,抗原阴性的肿瘤细胞(浅金色,右图)则会被Fas介导的"旁观者"杀死。Fas高表达的癌症患者有望对免疫疗法产生更好的反应。图片来源:加州大学戴维斯分校图希尔-辛格说:"这些肿瘤通常被称为冷肿瘤,因为免疫细胞根本无法穿透微环境提供治疗效果。如果免疫受体激活抗体和T细胞无法接近肿瘤细胞,那么我们设计得再好也无济于事。因此,我们需要创造空间,让T细胞能够渗入。"死亡受体的作用正如它们的名字所暗示的那样--当靶向它们时,它们会触发肿瘤细胞的程序性细胞死亡。它们提供了一种潜在的变通方法,可以同时杀死肿瘤细胞,并为更有效的免疫疗法和CART细胞疗法铺平道路。开发能增强死亡受体活性的药物可以提供一种重要的抗肿瘤武器。不过,虽然制药公司在针对死亡受体-5的研究上取得了一些成功,但还没有Fas激动剂进入临床试验阶段。这些发现有可能改变这一现状。正确的靶点虽然Fas在调节免疫细胞方面起着至关重要的作用,但图希尔-辛格和他的同事知道,如果他们找到了正确的表位,就有可能选择性地靶向癌细胞。在确定了这一特定表位后,他和其他研究人员现在可以设计一类新型抗体,选择性地与Fas结合并激活Fas,从而有可能特异性地摧毁肿瘤细胞。在动物模型和人体临床试验中进行的其他研究表明,Fas信号转导是CART成功的基础,尤其是在基因异质性肿瘤中。基因异质性肿瘤混合了不同的细胞类型,对治疗的反应也不尽相同。Fas激动剂可能会产生CAR-T旁观者效应,即治疗会破坏那些缺乏肿瘤靶向抗体所针对的分子的癌细胞。换句话说,激活Fas可以摧毁癌细胞,提高CAR-T的疗效,这可能是对抗肿瘤的一记重拳。事实上,研究表明,Fas受体表位突变的肿瘤根本不会对CART产生反应。这一发现可能会带来新的检测方法,以确定哪些患者将从CART细胞免疫疗法中获益最多。Tushir-Singh说:"我们应该先了解患者的Fas状态,特别是发现的表位周围的突变,然后再考虑给他们使用CART。这是CART疗法的旁观者疗效的明确标志。但最重要的是,这为开发能激活Fas、选择性杀死肿瘤细胞的抗体奠定了基础,并有可能为实体瘤的CART细胞疗法提供支持。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392701.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1392701.htm

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免疫疗法的新潜力:科学家揭示了免疫细胞如何应对癌细胞的问题

免疫疗法的新潜力:科学家揭示了免疫细胞如何应对癌细胞的问题加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心领导这项研究的科学家预计,他们的发现将导致改进和更多定制的免疫疗法,甚至对那些似乎对治疗没有反应的病人也是如此。癌症中心研究员、加州大学洛杉矶分校兼职医学助理教授、《自然》杂志研究报告第一作者CristinaPuig-Saus博士说:"这是我们在理解T细胞反应在肿瘤中看到什么以及它们在肿瘤中和血液循环中如何随时间变化方面迈出的重要一步。"她说:"对T细胞反应如何清除转移性肿瘤肿块的更深入了解将帮助我们设计更好的治疗方法,并以多种方式设计T细胞来模仿它们。"研究人员采用先进的基因编辑技术,对接受抗PD-1"检查点抑制剂"免疫疗法的转移性黑色素瘤患者的免疫反应进行了前所未有的观察。尽管被称为T细胞的免疫细胞有能力检测到癌细胞的突变并将其消灭,使正常细胞不受伤害,但癌细胞往往能躲过免疫系统。检查点抑制剂旨在提高T细胞识别和攻击癌细胞的能力。加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心研究员、加州大学洛杉矶分校医学教授、该研究的共同第一作者安东尼-里巴斯博士说:"通过这项工作,我们可以确切地知道特定病人的免疫系统在他们的癌症中识别出什么,从而将其与正常细胞区分开来并对其进行攻击。"研究人员表明,当免疫疗法有效时,它引导多样化的T细胞组合来对抗肿瘤中一小部分选定的突变。在治疗过程中,这些T细胞反应在肿瘤内和血液中不断扩大和发展。治疗失败的患者也会出现针对肿瘤中类似数量减少的突变的T细胞反应,但这些免疫反应不太集中,而且在治疗过程中不会扩大。普伊格-索斯说:"这项研究表明,对治疗没有反应的患者仍然会诱发肿瘤反应性T细胞反应。这些T细胞有可能被分离出来,它们的免疫受体被用来对更多的T细胞进行基因改造,以使它们重新针对病人的肿瘤。这些T细胞可以在培养中扩大,并重新注入患者体内以治疗他们的肿瘤。"在所研究的11名患者中,7人对PD-1阻断有反应;4人没有。肿瘤中的突变数量在3,507和31之间。尽管范围很大,但肿瘤反应性T细胞看到的突变数量在13和1之间。在从治疗中获得临床益处的患者中,反应是多样的,在血液和肿瘤中分离出的不同突变特异性T细胞的范围在61到7个之间。相反,在缺乏治疗反应的患者中,研究人员只发现了14到2个不同的T细胞。另外,在对治疗有反应的患者中,研究人员能够在整个治疗过程中在血液和肿瘤中分离出肿瘤反应性T细胞,但在没有反应的患者中,T细胞并没有被反复检测。尽管如此,该研究显示,从所有患者身上分离出的T细胞的免疫受体--无论是否有反应--都能重新引导免疫细胞对肿瘤的特异性,产生抗肿瘤活性。表征有临床反应和无临床反应患者的T细胞活性的工作是通过创造一种新技术来实现的,该技术使用复杂的技术从血液和肿瘤样本中分离出有突变反应的T细胞。它建立在与Ribas、西雅图系统生物学研究所所长JamesHeath博士和诺贝尔奖获得者、加州理工学院名誉教授、加州大学洛杉矶分校Jonsson综合癌症中心成员DavidBaltimore博士合作开发的技术上。正如之前发表在《自然》杂志上并在去年11月的癌症免疫治疗协会(SITC)2022年会议上介绍的那样,该技术由PACTPharma公司进一步开发,使用CRISPR基因编辑将基因插入免疫细胞,以有效地重新引导它们识别病人自身癌细胞的突变。"通过这种技术,我们从每个病人身上分离出的突变反应性T细胞中产生了大量表达免疫受体的T细胞。我们用这些细胞来描述免疫受体对病人自身癌细胞的反应性,"Ribas说。"新技术使我们能够研究这些罕见的免疫细胞,它们是对癌症免疫反应的媒介"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353995.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1353995.htm

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