科学家成功开发出新型数学模型来分析癌症患者接受CAR-T细胞疗法时机体反应的动态学变化

2021年3月30日 讯 /生物谷BIOON/ --嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T，Chimeric antigen receptor T-cell therapy）是一种当前相对比较新的疗法，目前已经获批用于治疗多种恶性B细胞白血病和淋巴 瘤，许多患者都对CAR-T疗法的反应强烈，然而仅有一小部分患者会产生较短暂的反应，而且这类患者病情进展很快，不幸的是，目前研究人员还不能完全理解这些患者的疾病为何会发生进展。近日，一篇发表在国际杂志Proceedings of the Royal Society B： Biological Sciences上题为“The roles of T cell competition and stochastic extinction events in chimeric antigen receptor T cell therapy”的研究报告中，来自H. Lee Moffitt癌症研究中心等机构的科学家们通过研究利用数学模型解释了为何CAR-T细胞仅在部分患者机体中能发挥疗效。

CAR-T细胞疗法是一种个性化的免疫疗法，其能利用患者自身的T细胞来靶向作用癌细胞，研究人员从患者身上采集T细胞，随后在实验室对T细胞进行遗传修饰来为其添加能靶向作用癌细胞的特异性受体，随后患者会接受化疗来进行淋巴消耗从而降低其机体中现存的一些正常免疫细胞，进而就能帮助输注回患者机体中的CAR-T细胞在其机体中的扩张，当CAR-T细胞进入患者体内后就会开始发挥作用并攻击肿瘤组织。

如今研究人员利用数学建模的手段就能帮助预测当被输注回患者机体后CAR-T细胞的行为方式，然而并没有研究分析正常T细胞和CAR-T细胞之间的相互作用到底是如何影响患者所接受疗法的动态学变化的。尤其是非线性的T细胞动力学因素如何改善疗法成功的几率，这项研究中，研究人员利用数学和统计学模型将临床数据进行了整合从而就能解决这些未知的因素和问题。

研究者指出，CAR-T细胞能够非常有效地发挥作用，因为当其被输注回患者体内后其就能快速扩增，然而，这些被改造修饰后的T细胞能与患者体内现存的正常T细胞相互竞争，这或许就会限制其扩张的能力。医学博士Frederick Locke说道，疗法的成功依赖于CAR-T细胞在患者体内繁殖的能力，而这直接取决于在CAR-T细胞被输注回患者体内之前机体减少正常T细胞的淋巴消耗的能力。

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在这种新型模型中，研究人员发现，肿瘤的根除或许是一种随机但又潜在的高概率事件；尽管患者的治疗存在一定的随机性，但他们的研究依然表明，患者至于的事件和概率的差异主要是由患者和疾病因素之间的差异性所决定的。而且利用该模型进行研究后，研究人员还证实，患者的治愈往往发生在早期，即在CAR-T细胞数量下降之间的20-80天内，而疾病的进展往往趋向于在治疗后的200-500天的更广泛的时间范围内。这一模型还能帮助研究人员测试新型疗法的治疗效果或者帮助剔除更加完善的临床试验设计；比如，研究人员利用这一模型进行研究证明，另一轮的CAR-T细胞疗法或许需要第二次的化疗淋巴消耗来改善患者的治疗效果。

最后研究者Philipp Altrock博士表示，我们所开发的模型证实了这样一种假设，即足够的淋巴消耗或许是决定患者机体持久反应率的重要因素；改善CAR-T细胞的适应性来使其在体内更容易地扩张且存活地更久，或许就能增加患者机体反应的可能性和持久性。后期研究人员还将继续深入研究探索利用这一数学模型来分析癌症患者接受CAR-T细胞疗法的动态学变化。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Gregory J. Kimmel，Frederick L. Locke，Philipp M. Altrock. The roles of T cell competition and stochastic extinction events in chimeric antigen receptor T cell therapy， Proceedings of the Royal Society B：Biological Sciences (2021). DOI：10.1098/rspb.2021.0229

【2】Researchers use mathematical modeling to analyze dynamics of CAR T-cell therapy

by H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute