嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法在血液瘤中已取得临床突破，但在实体瘤中的疗效依然有限。当前对肿瘤免疫互作机制的认知米乐M6 米乐平台不足，限制了CAR-T细胞疗法在实体瘤中的转化应用。其难点包括：缺乏特异性肿瘤抗原、肿瘤微环境造成的免疫抑制和物理屏障，以及动物模型在人类免疫反应预测方面存在局限。基于人源细胞的体外微生理系统如“肿瘤芯片”为重建肿瘤免疫互作提供了新平台，具备在效能与毒性评估中的潜力，但仍面临如何提升模型的生理保真度以及如何产出高质量临床前数据以支撑临床开发决策的挑战。
本研究开发了新的肿瘤芯片微工程系统，通过将人源实体瘤移植至预先形成的三维人源微血管网络化基质中，实现人源肿瘤组织在体外的血管化、长期培养和可控灌流（图1a，b）。
研究团队使用人源肺腺癌肿瘤和患者来源间皮瘤切除组织构建了血管化实体瘤模型。灌注CAR-T细胞后，结果显示该系统可精确模拟CAR-T细胞血管粘附、外渗、迁移及肿瘤浸润杀伤等全过程（图1c）。流式和单细胞RNA测序结果揭示，CAR-T细胞在肿瘤内表现出更高活化（PD-1、CD69上调）及效应记忆（CD45RO⁺CD62L⁻）特征，部分细胞分化为组织驻留记忆表型（CD103⁺），提示其具有长期抗肿瘤潜能（图1d）。
进一步，团队评估了表达趋化受体CCR2的“装甲型”CAR-T细胞在间皮瘤模型中的表现。CCR2装甲CAR-T细胞可识别肿瘤分泌的CCL2趋化因子，在芯片模型中，表现出更快的肿瘤浸润与累积，但其杀伤效应出现延迟；在匹配的NSG小鼠模型中，也验证了其加速的肿瘤归巢能力及“延迟显现”的抗肿瘤效应，显示该体外模型模拟CAR-T细胞体内表现的潜力（图1e）。
最后，团队整合单细胞转录数据进米乐M6 米乐平台行配体-受体互作分析，聚焦CAR-T与血管内皮互作米乐 登录入口鉴定出可药理调控的信号通路。如在CXCR3-CXCL10/11-DPP4互作中，DPP4可截短CXCL10/11而削弱T细胞募集；据此针对潜在靶点DPP4，团队采用2型糖尿病DPP4抑制剂药物-Vildagliptin降低DPP4活性以保存CXCL10/11活性，增强了CAR-T细胞在肺腺癌中的募集与持续累积，实现了对肿瘤生长的有效控制，并通过代谢组学筛选到反映联合疗法疗效的代谢标志物（图1f）。
图1. 血管化肿瘤芯片系统及其在实体瘤CAR-T细胞免疫疗法研究中的应米乐 登录入口用。（a-b）人源实体瘤组织体外移植。（c-d）CAR-T与肿瘤互作的体外模拟与分析。（e）对“装甲型”CAR-T细胞的评估结果。（f）促进CAR-T细胞转运的治疗靶点。
本研究通过开发新型血管化肿瘤芯片，在体外实现了人源实体瘤与CAR-T细胞互作的可视化、量化及多组学解析。该系统为评估实体瘤CAR-T疗法提供了新平台和对动物模型的有力补充，有望推动更多癌症及其他复杂疾病的过继细胞疗法的开发。期刊也同时上线了News & Views文章对本研究进行介绍，详情请见“Tumor-on-chip models of CAR-T cell therapy”。
本研究由美国宾夕法尼亚大学生物工程系Dan Huh教授课题组主导。Dan Huh教授为“器官/类器官芯片”领域专家和技术先驱，长期致力于开发微工程人体生理系统模型及其生物医学应用。第一作者刘海蛟（Haijiao Liu）构思、设计并执行了本研究的主要实验与分析工作。