キメラ抗原受容体を使用した免疫抑制間葉系ストローマ細胞

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間葉系ストローマ細胞 キメラ抗原受容体 免疫抑制 移植片対宿主病 細胞治療

キメラ抗原受容体搭載間葉系間質細胞による免疫抑制の強化

背景紹介

間葉系間質細胞（Mesenchymal Stromal Cells, MSCs）は、多能性細胞であり、ほぼ全ての組織に存在し、著しい免疫抑制・再生特性を有する。これらの特性は、免疫疾患および組織再生の治療において、MSCsが広く研究されてきた理由となっている。異種のMSCsの臨床試験はその安全性を示しているが、免疫抑制の効果と治療結果はいまだ満足いくものでない。MSCsの免疫抑制効果を向上させるために、本研究では細胞工学技術を用い、健康な提供者から得た脂肪由来の初期MSCsを改造し、新たな治療戦略を開発した。

論文の出典

本研究はOlivia Sirpilla、R. Leo SakemuraおよびMehrdad Hefaziらによって、Mayo ClinicのT Cell Engineering部門ならびにDivision of Hematologyなど複数の部門により行われた。この論文は2024年4月の《Nature Biomedical Engineering》誌に掲載されている。

研究過程

実験設計とプロセス

  1. キメラ抗原受容体（CAR）の最適化と発現：

    • ポリカチオンエンハンサーを用いたレンチウイルスベクターを利用して、研究チームは健康提供者から得た脂肪由来のMSCsに効率的にCARを導入することに成功した。特にプロテオグリカンによる最適化により、転導効率は70％以上に達した。
    • 実験には複数の抗原特異的CAR構造体が使用され、特に移植片対宿主病(GvHD)をターゲットとしたE-cadherin（Ecad）特異的なCAR-MSCs（ECCAR-MSCs）が用いられた。

  2. Ecad特化型CAR-MSCsの開発：

    • ファージディスプレイ技術を用いて、Ecad特異的な複数のscfvクローンが生成され、シーケンス最適化を通じて高い交差反応を示すscfv（hmcecad.6）が選択された。
    • hmcecad.6を含むCAR-CD28ζ構造を設計し、安定発現させることでMSCsの免疫抑制機能を強化した。

  3. CAR-MSCの免疫抑制試験：

    • 体外および体内実験において、ECCAR-MSCsは抗原特異的なT細胞抑制効果を示した。流式細胞術を用いた検出により、ECCAR-MSCsの各種ドナーでの転導効率が確認された。

  4. GVHDモデルでの試験：

    • マウスモデルにおいて、ECCAR-MSCsは抗原特異的な刺激によりT細胞活性を著しく抑制し、マウスのGVHD症状と生存率を改善した。
    • 体内光学イメージングおよび免疫蛍光染色を通じて、GVHDマウスモデルのEcad+大腸組織へのECCAR-MSCsの特異的移行が確認された。

  5. ECCAR-MSCの免疫抑制メカニズムの探究：

    • RNAシーケンスおよびプロテオミクス解析により、CARの抗原特異的刺激がMSCsの免疫抑制遺伝子およびシグナル経路（例：IL-6、IL-10、NF-κBなど）を活性化することが示された。
    • これらのシグナル経路が免疫抑制の強化に果たす役割がさらに検証された。

実験結果

  1. T細胞抑制効果：

    • ECCAR-MSCsは体外試験において、抗原特異的刺激（Ecad+細胞）を介して用量依存的にT細胞抑制効果を示し、複数のドナー試験でも一貫した結果を得た。

  2. 体内抗腫瘍モデル実験：

    • マウス腫瘍モデルにおいて、未処理のMSCsと比較してECCAR-MSCsはCD19-CAR T細胞の抗腫瘍活性を著しく抑制し、腫瘍の成長を促進し、マウスの生存率を向上させた。
    • ECCAR-MSCsの抗原特異的な刺激はEcad+腫瘍細胞に対する免疫抑制効果を著しく強化した。

  3. GVHDモデルでの治療効果：

    • GVHDマウスモデルにおいて、ECCAR-MSCsはマウスの体重減少を著しく軽減し、GVHD症状を緩和し、生存率を向上させた。
    • ECCAR-MSCsは抗原特異的にEcad+組織へ移行し、効果的にT細胞の活性を抑制した。

  4. 免疫シグナル経路の活性化：

    • RNAシーケンスにより、抗原特異的刺激を受けたECCAR-MSCsにおいて、IL-6、IL-10、NF-κBといった免疫抑制シグナル経路の顕著な上昇が認められた。
    • CD28ζシグナルドメインを含むCAR構造体はより強い免疫抑制効果を示した。

結論および研究の価値

  1. 科学的意義：

    • この研究は、MSCsの免疫抑制機能を有効に強化するCAR技術を開発し、GVHDおよび腫瘍抑制におけるその可能性を示した。
    • 抗原特異的刺激により、ECCAR-MSCsは免疫抑制遺伝子経路を活性化し、T細胞抑制効果を向上させた。これは、免疫細胞療法をさらに最適化するための科学的根拠となる。

  2. 応用価値：

    • ECCAR-MSCsは「即応型」の細胞治療技術として、GVHD、クローン病、潰瘍性大腸炎などの免疫媒介疾患での応用が期待される。
    • マウスおよび犬モデルにおける免疫抑制効果および安全性の初期検証は、臨床転移の基礎を築いている。

  3. 研究のハイライト：

    • 本研究は初めて、CAR構造体設計およびシグナルドメインの最適化を通じて、MSCsが免疫抑制を強化する可能性を示した。
    • ECCAR-MSCsの体内外モデルにおける安全性および有効性の確認により、この技術が今後の臨床応用に向けた広範な可能性を持つことが示された。

まとめ

この研究は、キメラ抗原受容体技術を用いて間葉系間質細胞の免疫抑制機能を強化する新しい細胞治療法を提示し、免疫媒介疾患の治療において重要な突破口を提供するものである。研究結果は、ECCAR-MSCsが体外および体内で顕著な免疫抑制効果を示し、安全性も良好であることを示しており、将来的な臨床応用への実行可能なアプローチを提供している。