IF29 突破！“白血病芯片” 问世，CAR-T 疗法临床前筛选有了新神器

期刊名称：Nature Biomedical Engineering

影响因子：29

文章题目：Bioengineered immunocompetent preclinical trial-on-chip tool enables screening of CAR T cell therapy for leukaemia

第一作者：Chao Ma

通讯作者：Saba Ghassemi、陈伟强

作者单位：纽约大学坦登工程学院机械与航空航天工程系、生物医学工程系等

产品应用：AAH-INF-3（检测人类样本中40种炎症相关低丰度表达因子）

因此，亟需开发一种具有人类生理相关性的精准免疫肿瘤学工具，以实现 CAR T 细胞疗法的快速、深度评估。

研究结果

1. 构建体外免疫活性白血病芯片，复现人类白血病骨髓微环境

为填补临床前评估的生物学与技术空白，研究团队设计了一种 3D 血管化、免疫活性的人类白血病骨髓微环境芯片，其结构与功能高度模拟体内骨髓：

结构设计：芯片包含三个互联区域 —— 中央窦（血管化区域）、髓腔（骨髓细胞与白血病细胞区域）、骨内膜区（成骨细胞与成纤维细胞区域），采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）复刻成型；

细胞组成：加载人原代骨髓单个核细胞（造血细胞）、基质细胞（血管内皮细胞、间充质干细胞、成骨细胞、成纤维细胞）及白血病细胞，通过血管内皮细胞自组装形成可灌注血管网络；

生物学验证：单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）显示，芯片培养 9 天后仍维持与体内骨髓相似的造血细胞和基质细胞组成；免疫染色证实芯片中存在 CD8+ T 细胞、CD4+ T 细胞、CD14 + 单核细胞、CD68 + 巨噬细胞等免疫细胞，且基质细胞可自主沉积层粘连蛋白、纤连蛋白、IV 型胶原等细胞外基质（ECM），进一步增强微环境仿生度。

2. 实时监测 CAR T 细胞在芯片中的动态功能

该研究以抗 CD19 第二代 4-1BBζ-CAR T 细胞为模型，在芯片中实现其时空动态监测，结果显示：3 天内以 1:1 比例杀伤约 70% 白血病细胞、7 天清除率超 99%（Mock T 细胞及未处理组无效）；血管化芯片助其早期快速分布，非血管化芯片增强其晚期扩增，且能捕获其跨血管外渗与浸润过程；CAR T 细胞与靶细胞作用后，激活标志物、细胞毒性细胞因子及增殖标志物表达均升高，scRNA-seq 也证实相关功能通路激活。

3. 解析 CAR T 细胞与白血病微环境的相互作用

通过多维度检测揭示 CAR T 细胞与骨髓微环境的双向调控关系：

微环境调控 CAR T 细胞：CAR T 细胞处理后，利用多因子检测芯片（AAH-INF-3）分析40种小鼠细胞因子，发现血管内皮细胞 ICAM-1、CD14 + 单核细胞 HLA-DR 表达升高，芯片中 MIP-1β、RANTES、MCP-2 等细胞因子 / 趋化因子分泌显著增加；

4. 模拟临床 CAR T 细胞治疗的典型应答场景（缓解、耐药、复发）

利用白血病芯片对 CAR T 细胞产品进行多维度筛选，为临床转化提供关键数据：

①耐药模型：低剂量 CAR T 细胞（2500 个 / 芯片，1:4 比例）致白血病细胞持续增殖，模拟扩增不足的治疗失败；

②复发模型：掺入 1% 或 5% CD19⁻白血病细胞，CAR T 细胞仅清除 CD19⁺细胞，CD19⁻细胞失控扩增，模拟抗原丢失复发；

③临床关联性验证：芯片各场景白血病负荷动态（缓解组降、耐药组升、复发组先降后升）与 209 例患者临床数据高度一致，还揭示传统模型难测机制（如耐药组 CAR T 细胞分布局限）。

此外，芯片验证 “桥接化疗” 价值：20nM 长春新碱预处理降初始肿瘤负荷，显著改善后续 CAR T 细胞杀伤效率与分布范围。

5. 系统评估不同 CAR T 细胞产品的功能性能

该研究以抗 CD19 第二代 4-1BBζ-CAR T 细胞为模型，在芯片中实现其时空动态监测，结果显示：3 天内以 1:1 比例杀伤约 70% 白血病细胞、7 天清除率超 99%（Mock T 细胞及未处理组无效）；血管化芯片助其早期快速分布，非血管化芯片增强其晚期扩增，且能捕获其跨血管外渗与浸润过程；CAR T 细胞与靶细胞作用后，激活标志物、细胞毒性细胞因子及增殖标志物表达均升高，scRNA-seq 也证实相关功能通路激活。