Label-free imaging of CAR T cell metabolism

CAR T 细胞代谢的无标记成像

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY / ABSTRACT The goal of this proposal is to develop non-invasive single-cell technologies to improve the potency of T cell therapies against cancer. The first 6 chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapies were recently approved and >800 CAR and T cell therapies are in clinical trials. However, barriers remain in achieving durable remissions (>1 year) for ~50% of patients who receive CAR T cell therapy. Due to the rapid development of these therapies and a great need for process optimization, we focus on improving three translational roadblocks to effective CAR T cell therapy: (1) screening patients whose T cells are unfit for CAR T cell manufacturing, (2) optimizing in vitro CAR T cell production for higher potency, and (3) identifying metabolic features of potent CAR T cells in vivo. CAR T cell therapy could be improved by enriching for naïve and stem cell memory (SCM) T cells in starting materials and final products. Deficiencies in naïve and SCM T cells occurs in ~50% of untreated cancer patients, and manufacturing autologous CAR T cell products from these sources has been unsuccessful. Even if SCM T cells can be isolated, after CAR incorporation, the expansion process typically diminishes potency through T cell exhaustion. After infusion, the presence of memory-like phenotypes in vivo correlate with better responses. To date, there are no robust, non-destructive technologies to monitor CAR T cell manufacturing to optimize production and assess potency in vivo at a single-cell level. These issues limit the impact of CAR T cell therapy. Current approaches to measure T cell function are labor-intensive, destructive, or lack single-cell resolution, which limits the frequency or specificity of these measurements. For CAR T cell therapy to realize its clinical potential, new methods are needed to monitor T cells for optimal potency throughout manufacturing and post- infusion. Changes in cell metabolism provide an attractive yet under-explored assay to track T cell potency. Previous studies, including our own, show that T cells undergo drastic metabolic changes with activation, and that naïve, exhausted, and memory-like T cells have distinct metabolic features. Our preliminary data shows that non-invasive single-cell imaging of the fluorescence intensity and lifetime of NAD(P)H and FAD (optical metabolic imaging, or OMI) can predict CAR T cell manufacturing conditions that produce a more vs. less potent anti-tumor response in vivo. Given these metabolic features of CAR T cell potency, we propose to determine whether label-free OMI of T cell autofluorescence and multivariate models can identify patient T cell fitness, optimal in vitro expansion conditions, and in vivo cell biomarkers of potent and persistent CAR T cell response. Overall, these technologies will streamline processes and interventions for consistently potent T cell therapy and increase our knowledge of CAR T cell metabolism in vitro and in vivo.
项目摘要 /摘要 该提案的目的是开发非侵入性的单细胞技术来提高T细胞的效力 针对癌症的疗法。最近批准了前6个嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法 > 800辆汽车和T细胞疗法正在临床试验中。但是,障碍仍然在实现持久的减免方面 (> 1年)接受约50%的接受CAR T细胞疗法的患者。由于这些疗法的快速发展 并且非常需要流程优化,我们专注于改善三个翻译的障碍到有效的汽车 T细胞疗法:(1)筛查T细胞不适合CAR T细胞制造的患者,(2)优化体外 CAR T细胞的产生具有更高的效力,(3)鉴定体内有效的CAR T细胞的代谢特征。 可以通过富集幼稚和干细胞记忆(SCM)T细胞来改善CAR T细胞疗法。 材料和最终产品。幼稚和SCM T细胞的缺陷发生在约50%的未经治疗的癌症患者中, 这些来源的制造自动汽车T细胞产品没有成功。即使SCM T 可以隔离细胞,在合并汽车后,扩展过程通常会降低通过T细胞的效力 精疲力尽。输注后,体内内存样表型的存在与更好的反应相关。到 日期,没有强大的,无损的技术来监视CAR T细胞制造以优化 单细胞水平的体内生产和评估效力。这些问题限制了汽车T细胞疗法的影响。 当前测量T细胞功能的方法是劳动密集型,破坏性或缺乏单细胞分辨率, 这限制了这些测量值的频率或特异性。为了使汽车T细胞疗法实现其临床 潜在的,需要新的方法来监测T细胞以在整个制造业和之后的整个制造业中获得最佳效力 输液。细胞代谢的变化为跟踪T细胞效力提供了一种有吸引力但探索的测定不足的测定。 先前的研究,包括我们自己的研究,表明T细胞会随着激活而发生急剧的代谢变化,并且 那个天真,疲惫和记忆状的T细胞具有独特的代谢特征。我们的初步数据表明 NAD(P)H和FAD(光学)的荧光强度和寿命的非侵入性单细胞成像 代谢成像或OMI)可以预测产生更少而更少的汽车T细胞制造条件 体内有效的抗肿瘤反应。鉴于CAR T细胞效力的这些代谢特征,我们建议 确定T细胞自动荧光和多元模型的无标签OMI可以识别患者T细胞 适应性,最佳体外膨胀条件以及潜力和持续性CAR T细胞的体内生物标志物 回复。总体而言,这些技术将简化一贯潜在T细胞的过程和干预措施 治疗并增加我们对体外和体内汽车T细胞代谢的了解。

项目成果

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