我科学家发明细胞大小“无人工厂”

“我们发明了一种细胞大小的‘无人工厂’，一照射就‘开始工作’，可以大大降低肿瘤切除后复发的可能性。”10月31日，华东师范大学医学合成生物学研究中心执行主任叶海峰告诉科技日报记者，“无人工厂”是合成生物学设计的，可以产生免疫调节细胞因子，指挥机体清除残留的癌细胞。这项成果最近发表在《自然通讯》上。

肿瘤细胞识别存在“盲点”。

手术仍是实体瘤的主要治疗手段，但手术再精密，也不可能将肿瘤细胞全部清理干净。切除后，癌细胞仍零星存在，不断潜逃，诱发新的癌变。因此，肿瘤的复发和转移已成为肿瘤治疗领域的一个难题。

“人体的免疫系统对潜逃的肿瘤细胞不敏感，无法识别，造成‘盲区’。”叶海峰说，肿瘤细胞的存在是客观的，但人体免疫系统包围肿瘤细胞的能力可以通过激活免疫细胞来增强。

据介绍，肿瘤切除，辅以免疫调节治疗，正成为肿瘤治疗的新方案。已经开发了各种药物和基于细胞的技术来增强人体的自然免疫系统以对抗癌症。

“目前在人体内实现免疫增强还是有风险的，因为很难解决控制的问题，存在过度激活的可能，从而危及生命。”叶海峰说，信号因子的释放和传递要解决“可控性”问题。理想情况下，获得“指令”时可以立即产生“哨子”因子，指令消失后可以停止，就像工厂里的生产线一样。

细胞级“无人工厂”实现光控

通过程序设计实现生物因子的精确可控释放是合成生物学的技术优势。但是，用什么控制呢？

在设计“无人工厂”之初，叶海峰考虑了各种控制方案。物理信号、化学信号、电信号等。都可以作为“指令”的传输载体。然而，在意识到光遗传学手段的发展后，光作为“指令”载体的绝对优势让叶海峰果断放弃了其他手段。

“光可以远程无痕，这个优势是不可比拟的。”叶海峰说，与其他信号相比，光信号的无创方式在临床安全性方面非常有价值，它可以清楚地调节细胞活性。

叶海峰团队发明的远红光控制的免疫调节工程细胞，解决了调节、生产和自我保护三个问题——

此前，该团队开发了一种基于远红光诱导遗传模块的光基因工具，将其嵌入到活细胞工厂中，以解决精确调控的问题。

由于细胞工厂的高产能扩张，研究团队将多种免疫治疗细胞因子纳入生产体系，解决“告密”因子的组装和生产问题；

细胞在工厂组装成功后，还需要去人体。免疫系统可能会清除外来物质，团队需要通过将“细胞工厂”封装在水凝胶支架中来解决自我保护的问题。

叶海峰说:“分析表明，这既能保护细胞不受损伤，又能保证工厂里的‘生产线’在接收到光信号后稳定、长期、可控地生产。”

黑色素瘤切除小鼠模型上的实验也证明了这一点。将“细胞工厂”置于手术创面后，经远红光照射两小时后，可控制其表达和释放免疫调节细胞因子IFN-β、TNF-α和IL-12。

“这些‘口哨’因子调动了小鼠的自身免疫系统，杀死残留的肿瘤细胞，防止肿瘤复发和转移。”叶海峰说，与传统治疗相比，工程化细胞植入组小鼠无肿瘤复发，血清中抗肿瘤相关细胞因子浓度显著升高，脾脏和外周血中NK细胞、T细胞及其活化细胞比例显著增加，中枢记忆T细胞比例显著增加，免疫系统不会过度活化。