免疫細胞療法在癌癥治療方面顯示出巨大的潛力，但在治療應用中仍面臨著療效和安全性方面的重大挑戰，例如，針對廣泛的患者和實體瘤進行嵌合抗原受體（CAR）T細胞治療。免疫調節信號，包括共刺激配體、細胞因子和檢查點抑制劑，被廣泛用于增強免疫細胞活性和調節腫瘤環境以提高療效。合成的生物相容性材料已被用作這些生物分子的載體，以促進體內的特異性定位和延長的穩定性，從而調節天然或工程免疫細胞的活性。為了增加腫瘤靶向特異性并避免脫靶效應，CAR T細胞經過工程改造成需要檢測靶細胞上的兩個抗原，即具有“與”門激活控制功能，第一種抗原激活CAR表達，然后第二種抗原啟動靶標殺傷。但是，這種方法的臨床應用需要了解有關控制T細胞活性的因素的知識，例如 “與“門啟動或CAR靶向抗原的腫瘤相關抗原密度，這對于治療很重要。生物材料以期望的密度呈現引發信號（天然或合成抗原）以激活此類工程化T細胞將減輕用于臨床轉化用途的雙抗原設計的安全性問題。而且抗體-抗原結合在表面需要一個基于特定抗體的空間耐受性的空間閾值，因此高密度和可控的表面生物分子可以精確控制配體結合和細胞調節。目前，對生物降解材料表面的高密度生物分子（特別是蛋白質/抗體）進行功能化，并以精確控制的比例呈現多個部分，這一點尚未得到滿足。那么，利用何種策略可以更好地對生物材料進行表面生物分子功能化呢？于此，加州大學舊金山分校Tejal A. Desai和Wendell A. Lim等人認為通過Watson-Crick堿基配對來合成具有可控序列和獨特組裝方式的天然短寡核苷酸天然聚合物將是生物分子受控表面功能化的理想連接體。因此，他們開發了生物相容性免疫細胞結合顆粒（ICEp），該顆粒使用合成的短DNA作為支架來有效和可調節地加載蛋白質，從而擴展了免疫調節的潛力。成果發表于Nature Nanotechnology上。研究人員使用生物相容性聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）聚合物制造了微米級的ICEp。通過乳液法將DNA鏈固定在聚合物顆粒的表面，形成一種可適應生物活性分子負載的支架。通過對聚合物、DNA長度、溶劑和反應條件的優化，合成了聚合物-DNA兩親分子，形成了具有致密DNA支架的穩定PLGA粒子。直接將反應混合物與增加聚合物-DNA共軛物結合在一起，可以使表面有效負載可附著的DNA支架密度不斷增加。令人驚訝的是，顆粒上的最高平均表面負載密度可達到球形顆粒的理論極限值。特別地，這種雜交引導的負載比傳統方法的負載效率高約27倍。這種雜交指導的組裝方案具有生物相容性，方便且快速，因此在室溫下孵育2分鐘可達到最大載量的?87％。帶有表面DNA支架的聚合物微/納米顆粒用于蛋白質呈遞，可以對免疫細胞療法進行多種調節此外，使用獨特的DNA核苷酸序列可以獨立控制將多個貨物裝載在同一材料表面上。該方法可以使用以下兩種策略之一將生物分子加載到DNA支架顆粒的表面：（2）通過將互補的DNA-生物分子偶聯物直接與支架雜交。使用PLGA顆粒上的比例控制序列，研究人員通過雜交引導組裝共裝載了三種蛋白質（GFP和兩種抗體），每種蛋白質分別附著于三條獨特的互補DNA鏈之一。每種蛋白質貨物的分布與各自的支架種群相關，證明了使用該策略實現的穩健的比例控制。圖|DNA支架可將多種治療性蛋白質以精確可調的比例有效負載在顆粒表面通過表面修飾蛋白后，可降低DNA酶對DNA支架的降解作用，體內成像表明DNA支架微粒的注射可用于向體內治療細胞發送局部的，持續的信號。且生化分析也證明了其安全性。研究人員將微米大小的ICEp上的正交抗原（GFP）束縛到啟動用抗原識別回路改造的“與“門CAR-T細胞，從而將CAR T細胞毒性限制為局部注射微粒的腫瘤。這些“與“門 T細胞僅當兩種抗原均呈遞給T細胞時才誘導殺傷，一種激活synNotch受體以釋放用于CAR表達的TF域，另一種激活CAR介導的細胞毒性。這就使得ICEp可以在體內為synNotch CAR-T細胞的局部激活和誘導腫瘤清除提供空間控制的信號，而與健康組織發生交叉反應的風險則被限制了。圖|通過腫瘤內注射呈遞抗原的ICEp局部激活AND門CAR-T細胞殺死腫瘤為了證明該平臺對免疫細胞調節的多功能性，研究人員在可生物降解的PLGA微粒上設計了T細胞共刺激配體抗CD3和抗CD28和抗IL-2，以離體激活人原代T細胞。結果表明，協同刺激配體（抗CD3和抗CD28抗體）的比例控制以及ICEp上細胞因子（IL-2）的表面呈遞會顯著影響人類原代T細胞活化表型。這對于離體T細胞擴增和在腫瘤部位局部施用IL-2呈遞的ICEp都可能是有益的，以激活體內免疫細胞。圖|ICEp具有多功能且精確控制的調節信號，能夠在離體擴增過程中調節T細胞特征本文展示了一個獨特的平臺，該平臺使用合成的短DNA寡核苷酸作為可生物降解材料的表面支架，以特定比例和密度精確且受控地加載多個生物分子。研究證明：（1）可以將具有完整生物活性的多種免疫調節劑（例如抗原，共刺激配體，檢查點抑制劑，細胞因子）加載到ICEp上；（2）抗原呈遞ICEp可局部給藥以控制體內 “與“門CAR-T細胞的活化和腫瘤清除。（3）共刺激配體（抗CD3和抗CD28）的比例控制以及ICEp表面IL-2的存在會影響離體T細胞的活化和擴增。通過這個高度模塊化的平臺，生物相容性材料可以作為多種調節性生物分子的基質，包括細胞因子、抗原、檢查點抑制劑、激動劑或拮抗劑抗體、佐劑等，調節局部環境，提高免疫細胞在腫瘤免疫治療中的療效。關于先前DNA發表在Nature子刊上的報道，可參考：Huang, X., et al. DNA scaffolds enable efficient and tunable functionalization of biomaterials for immune cell modulation. Nat. Nanotechnol. (2020).https://doi.org/10.1038/s41565-020-00813-z
