麻省理工学院开发了一种合成基因电路来引发针对癌症的免疫系统攻击

来自健康供体免疫系统的人T淋巴细胞（也称为T细胞）的扫描电子显微照片。研究人员设计了一种合成基因电路，当其检测到疾病迹象时，该电路就会触发免疫系统攻击癌症。

麻省理工学院的研究人员开发了一种合成基因电路，当发现疾病迹象时，该电路可以触发人体的免疫系统攻击癌症。

该电路仅在检测到两个特定的癌症标志物时才会激活治疗反应，这在今天发表在journalCell上的一篇论文中进行了描述。

免疫疗法被广泛认为具有抗击多种癌症的潜力。麻省理工学院生物工程，电气工程和计算机科学副教授蒂莫西·卢（Timothy Lu）表示，该方法已在最近的几项临床试验中得到了成功证明。

麻省理工学院电子研究实验室合成生物学小组负责人卢说：“最近有大量临床数据表明，如果您能以正确的方式刺激免疫系统，就可以识别癌症。”“一些最好的例子就是所谓的检查点抑制剂，实质上，癌症会产生停止信号，阻止T细胞杀死它们。”现在已经开发出了一些抗体，这些抗体基本上可以阻断这些抑制信号，并使免疫系统抵抗癌症。

然而，尽管取得了成功，但是免疫疗法的使用仍然受到肿瘤特异性抗原的缺乏的局限，肿瘤特异性抗原的缺乏可以触发针对特定类型癌症的免疫系统反应。某些疗法的毒性，例如，当作为全身疗法传递给全身时，是另一个障碍。

而且，治疗并非在所有情况下都成功。确实，即使在某些最成功的测试中，也只有30％至40％的患者会对特定疗法产生反应。

结果，现在正在推动开发联合疗法，其中使用不同但互补的疗法来增强免疫应答。因此，例如，如果使用一种免疫疗法敲除癌症产生的抑制信号，而肿瘤通过上调第二种信号作出反应，那么也可以使用另一种针对这种信号的疗法。

他说：“我们的信念是，需要开发在肿瘤部位局部起作用的更特异性，针对性更强的免疫疗法，而不是试图全身性地治疗整个身体。”“第二，我们希望从一个包装中产生多种免疫疗法，因此能够以多种不同方式刺激免疫系统。”

为此，Lu和包括麻省理工学院博士后Lior Nissim和Ming-Ru在内的团队建立了一个用DNA编码的基因电路，旨在区分癌细胞和非癌细胞。

该电路可定制以响应不同类型的肿瘤，该电路基于电子学中使用的简单“与”门。仅当存在两个输入时，此类“与”门才会接通电路。

癌细胞在基因表达方面与正常细胞不同。因此，研究人员开发了合成启动子-设计用于启动基因表达但仅在癌细胞中启动的DNA序列。

该电路通过病毒被传递到人体受影响区域的细胞中。然后设计合成启动子以结合在肿瘤细胞中活跃的某些蛋白质，从而使启动子开启。

“只有当这些癌症启动子中的两个被激活时，电路本身才会打开，” Lu说。

这使得该电路比现有疗法更准确地靶向肿瘤，因为它需要两个特定于癌症的信号才能响应。

一旦激活，该电路就会表达旨在指导免疫系统靶向肿瘤细胞的蛋白质，包括表面T细胞接合剂，这些分子会引导T细胞杀死细胞。该电路还表达了一个检查点抑制器，旨在解除T细胞活动的刹车。

当研究人员在体外测试电路时，他们发现它能够从其他非癌性卵巢细胞和其他细胞类型中检测出卵巢癌细胞。

然后，他们在植入卵巢癌细胞的小鼠中测试了该电路，并证明它可以触发T细胞寻找并杀死癌细胞，而不会损害周围的其他细胞。

最后，研究人员表明，该电路可以很容易地转化为靶向其他癌细胞的分子。

Lu说：“我们鉴定了对乳腺癌有选择性的其他启动子，当这些启动子被编码到电路中时，它将靶向乳腺癌细胞而不是其他类型的细胞。”

最终，他们希望他们也能够使用该系统来针对其他疾病，例如类风湿性关节炎，炎症性肠病和其他自身免疫性疾病。

未参与这项研究的瑞士苏黎世联邦理工学院生物技术与生物工程学教授马丁·富森格格说，这项进展将为抗癌开辟新的领域。

Fussenegger说：“第一位发明者Lior Nissim开创了第一个针对肿瘤细胞的基因回路，现在已经与Timothy Lu联手设计了基于RNA的免疫调节基因回路，将癌症免疫疗法提高到了一个新的水平。”“通过精心优化和整合靶向和编程肿瘤细胞的多种成分，使其成为免疫系统的特定猎物，可以设计出这种高度复杂的肿瘤杀伤基因电路，这是一项非常明智的技术。”

研究人员现在计划在一系列癌症模型中更全面地测试电路。他们还旨在开发一种用于电路的传送系统，该系统既灵活又易于制造和使用。

出版物：Lior Nissim等人，“用于癌症免疫疗法的基于RNA的免疫调节基因合成电路”，细胞，2017年； doi：10.1016 / j.cell.2017.09.049