挑战32

转基因跟踪

推出了第一阶段获得第二阶段获得完成

该挑战的目的是开发一种非侵入性成像方法来确定在活的有机体内嵌合抗原受体CAR-T细胞和腺相关病毒(AAVs)的有效性和生物分布。

进步
充满挑战的信息

2021年8月

会议演讲

项目的发展情况将于第16届欧洲分子影像学会年会。

2021年2月

第二阶段获得

德国慕尼黑工业大学Wolfgang Weber教授领导的团队获得了999999英镑的奖金来进行第二阶段的研究。

2020年1月

第一阶段获得

所带领的项目团队:

詹姆斯·西蒙博士，Cenya Imaging BV，荷兰，10万英镑。
沃尔夫冈·韦伯教授，慕尼黑工业大学，德国，99,990英镑。
Tammy Kalber博士，伦敦大学学院，72,183英镑。

2019年11月

发起了挑战

该挑战由葛兰素史克和诺华赞助，旨在开发一种非侵入性成像方法来确定在活的有机体内嵌合抗原受体CAR-T细胞和腺相关病毒(AAVs)的有效性和生物分布。

挑战全部细节

背景

细胞和基因疗法是新兴的治疗方式，为治疗以前的不治之症提供了新的可能性。它们可以大致分为两类:在活的有机体内基因疗法，将治疗载体直接导入病人体内体外基因疗法，主要使用造血细胞携带感兴趣的转基因。

在活的有机体内基因治疗使用装甲防护

AAV是一种常见的传递载体在活的有机体内基因治疗。它与疾病无关，具有最低限度的免疫原性，能够实现高效和长寿的基因转移，使其成为基因治疗应用的一个有吸引力的选择。基于AAVs的临床试验和上市产品的数量正在增加，在过去五年中，重组AAVs的临床试验比例从6%上升到24%^1，2．迄今为止，FDA已经批准了两种用于遗传疾病的重组aav (rAAV);Luxturna用于治疗一种罕见的遗传性视网膜疾病Zolgensma用于治疗小儿脊髓性肌萎缩症^3.．目前，230多个临床试验正在评估rAAV在各种疾病中的使用，包括神经退行性疾病、囊性纤维化、溶酶体储存疾病和血液疾病(https://clinicaltrials.gov/)和(http://www.abedia.com/wiley/index.html))。

体外基因使用CAR-T细胞治疗

在治疗癌症的临床试验中已经使用了许多不同的方法体外针对肿瘤的基因治疗策略。在临床发展中取得最大进展的方式是CAR-T细胞治疗。使用这种方法，病人的T细胞被基因改造成表达CARs，这是一种含有特定于目标肿瘤的结合域的分子。

包括诺华和葛兰素史克在内的公司正在研发新的CAR-T疗法，针对不同类型的血癌和实体肿瘤的不同抗原。2017年，FDA批准了首批两种CD19 CAR-T细胞疗法——Kymriah和YESCARTA。

这些里程碑式的批准刺激了该领域的重大发展，目前全球有400多种CAR-T细胞疗法正在进行I-III期临床试验(https://clinicaltrials.gov/)．预计到2025年，该市场规模将扩大两倍，超过82.1亿美元⁴，成为再生医学行业中增长最快的行业。

评估安全和处置

并非所有传统的药代动力学参数(如吸收、分布、代谢和排泄)都适用于基因治疗。在人类第一次服用基因治疗产品之前，应了解该治疗产品的处理和持久性，因为即使是单剂量的基因治疗产品也可能在体内持续很长时间(可能终生)。这些数据也可能影响临床前安全性研究的设计(例如剂量、持续时间、时间点等)。此外，对于病毒载体，必须解决无意中生殖细胞传播(垂直传播)或脱落(媒介传播到环境中)的可能性，以及感染医护人员或患者家属的风险(水平传播)。其他潜在的毒性包括整合位点特异性的危害，CAR-T细胞的免疫毒性，急性靶向，非肿瘤⁵非标靶,off-tumour^6、7和神经毒性^{8 9 10}．生物分布研究的设计，以及使用的生物分析技术，将根据研究的目标而有所不同。

免疫组化和PCR技术已被用于确定基因治疗产物在组织和肿瘤部位的生物分布、持久性和脱落^11、12．然而，他们要求对这些动物实施安乐死。这些分析也往往显示出显著的异质性，并且不能提供基因治疗在目标组织和其他器官中的时间和空间定位信息。

为AAVs生物分布研究开发的新方法包括:

AAV条形码-一种新的方法，可以高通量收集AAV衣壳序列和表型之间的相关性数据，有可能同时监测几种病毒的生物分布¹³．

一个新的AAV载体编码萤火虫荧光素酶和荧光蛋白结合DNA条形码，以优化数据读取在活的有机体内研究¹⁴．荧光素酶报告基因的存在使纵向生物荧光成像研究成为可能，而使用条形码衣壳变体提供了在同一动物中跟踪几种病毒的可能性。

AAV -bcTuD, AAV表达条码硬诱饵(bcTuD)，它们是高度稳定的RNA转录本，可以用作转导效率的读数¹⁵．

这些方法的一个主要限制是衣壳变体之间对细胞受体的潜在竞争，单独使用时可能会改变病毒的性能。此外，来自萤火虫荧光素酶的信号用于在活的有机体内成像显示穿透深度低，量化能力差，限制了它的使用。

磁共振成像具有一些优势，使其适合于细胞成像，如优越的软组织对比度和高分辨率，但目前只用于局部而不是全身rAAV的生物分布^16、17．

跟踪CAR-T细胞的方法包括:

高对比免疫正电子发射断层扫描(免疫pet)检测CD8蛋白之前已经显示出跟踪T细胞生物分布的有效性在活的有机体内^18、19．虽然这种方法对检测CD8阳性细胞总数是有用的，但它不能区分通过治疗转导的细胞和没有转导的细胞。

人类碘化钠symporter (NIS)系统用于CAR-T细胞的特定高分辨率串行成像，在活的有机体内^20.．这项技术有应用于临床的潜力，但由于一些正常组织也表达NIS蛋白，因此存在局限性。

体外使用同位素(如89Zr-oxine, In-111 oxine)标记CAR - T细胞。这也标记了细胞总数，并且由于同位素的半衰期，限制了对给药后最初7天内生物分布的确定²¹．

最近的一项研究使用PET追踪检测急性淋巴细胞白血病小鼠模型中前列腺特异性膜抗原(PSMA)标记的CD19 CAR-T细胞。虽然这种方法在CAR- T检测方面是向前迈出的重要一步，但这种方法不能应用于所有的癌症模型，需要进一步的工作来量化CAR- T迁移和扩展的动力学²²．

开发一种技术来监测和量化细胞和基因治疗产品的迁移动力学、生物分布和活性，对于阐明治疗疗效和安全性，并将临床试验中的损耗风险最小化至关重要。

3 rs的好处

临床前的金标准在活的有机体内评估基因治疗生物分布的研究，包括尸检和耗时的大量组织切片或匀浆的免疫组化或分子分析。

临床前病毒载体生物分布研究是启动临床试验前的核心监管要求，最近已在FDA、EMA和跨卫生当局出版物中描述^{23日,24日,25岁}．对一个具有三个时间点和一个物种的病毒载体进行评估的试点实验将需要使用15只动物。然而，为了满足目前的监管预期，平均每项研究需要40-60只动物。

目前，没有监管要求跟踪CAR-T细胞的生物分布，但是获得关于细胞对肿瘤的有效靶向以及细胞的有效性和持久性的信息是可取的。在候选人筛选阶段，GSK每年大约进行四项研究。举个例子，在一项人类肿瘤异种移植对小鼠的疗效研究中，CAR构建将在两种不同的细胞剂量加对照下进行评估，每组最多使用8只动物，每性别。为了充分评估T细胞行为的动态，即使在很短的时间内，队列动物至少会在两个时间点被剔除，导致96只动物被使用。

一个敏感的在活的有机体内通过这项挑战开发的成像技术将意味着可以在整个研究过程中跟踪同一只动物，从而可能减少50%以上所需的动物数量。更早发现疗效终点的能力也将缩短研究时间，最大限度地减少动物的福利负担，并提供成本效益。

此外，如果开发出一种可靠的方法来转换物种间的生物分布结果，就可以消除有时在其他物种上重复相同实验的要求。

充满挑战的信息

挑战32 -简介

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挑战32 -演讲

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挑战32 - Q和a