前 言
嵌合抗原受体T细胞疗法(chimeric antigen receptor T cell,CAR-T)自问世以来,已在血液肿瘤领域取得显著疗效。Kymriah、Yescarta、Breyanzi、Carvykti等产品的相继获批,为复发/难治性白血病、淋巴瘤、骨髓瘤等患者带来了长期缓解甚至治愈的可能。然而,传统体外(ex vivo)CAR-T需要从患者体内分离T细胞,经病毒载体导入CAR基因,在体外扩增后再回输体内。整个流程复杂、周期较长(通常2–4周),且伴随潜在插入突变风险及细胞因子释放综合征(cytokine release syndrome, CRS)、免疫效应细胞相关神经毒性综合征(immune effector cell-associated neurotoxicity syndrome, ICANS)等安全性挑战[1]。
在此背景下,体内(in vivo)CAR-T成为新的技术方向:通过递送系统将编码CAR的mRNA直接递送至体内特定免疫细胞,使其原位表达CAR,从而跳过体外细胞工程环节。这一策略的核心在于递送载体——在COVID-19疫苗中得到充分验证的脂质纳米粒(lipid nanoparticle,LNP)是当前主流选择。但天然LNP并不具备对T细胞的高特异性,因此,当前研究通常需要通过配体修饰或抗体靶向等策略,提高其对特定免疫细胞群的递送效率[2]。
图1. 体外CAR-T(左)与体内CAR-T(右)的制备流程对比[17]
2024-2025年,该领域已从早期概念验证迈向临床转化。据统计,基于LNP的体内CAR疗法在2024年新披露项目中占比接近三分之一[3];Capstan Therapeutics的CPTX2309于2025年6月启动I期临床,并被AbbVie以21亿美元收入囊中[4,5];Myeloid Therapeutics的MT-302/MT-303、Sanofi以及Moderna×Carisma Therapeitcs等多条重磅管线也在相继推进[3]。
本文将从生物分析与DMPK视角出发,系统梳理LNP-mRNA体内CAR-T的关键临床前研究重点,并深入解析其背后的分析策略框架。
体内CAR-T的核心组成
与作用机制
01
面向体内递送的LNP结构设计
经典的LNP通常由四类脂质构成:
可电离脂质(ionizable lipid,如SM-102、ALC-0315、MC3、C14-4);
结构脂质(structural lipid,如DSPC:1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine);
胆固醇(cholesterol);
PEG脂质(聚乙二醇脂质,polyethylene glycol lipid)。
其中,可电离脂质是整个递送系统的关键组分:在生理pH(约7.4)条件下保持接近电中性,从而降低系统性毒性并延长循环时间;而在内吞体酸性环境(pH约5.0–6.0)中发生质子化后,可与内吞体膜中的阴离子脂质形成离子对,促进mRNA释放至胞质,实现有效翻译。
相较于传统LNP-mRNA药物,体内CAR-T的关键策略是引入细胞靶向能力,以提高对特定免疫细胞群的递送效率。以Capstan Therapeutics的CPTX2309为例,其CellSeeker™平台通过马来酰亚胺(maleimide)-PEG-脂质与抗体巯基之间的共价偶联,将靶向CD8的抗体修饰于LNP表面,实现对CD8+T细胞的选择性递送。该LNP递送编码抗CD19 CAR的mRNA,使CD8⁺T细胞在体内短暂表达CAR分子,从而清除致病性B细胞。这一策略在自身免疫疾病治疗中具有重要潜力,也代表了“体内细胞工程化(in vivo cell engineering)”的重要发展方向[6,7]。
02
体内CAR-T的三种技术路径比较
从表达持续性、安全性以及产业化可行性等维度来看,当前体内CAR-T的递送载体主要分为三类:病毒载体、LNP-mRNA以及LNP-DNA联合转座系统[7-9]。其核心差异如下表所示:
表1. 三种体内CAR-T技术路径的核心特征对比
综合来看,LNP-mRNA路线因具备非整合、表达可控、生产体系成熟等优势,成为当前推进速度较快的技术路径之一。但其瞬时表达特性及对递送系统的高度依赖,也对体内表达动力学和细胞选择性提出了更高要求。
03
体内CAR-T的DMPK分析框架总览
如图2所示,体内CAR-T疗法通过系统给药,将携带CAR基因的病毒载体或纳米颗粒注入体内,利用载体对T细胞的靶向性,将基因编辑货物递送至T细胞内,从而在T细胞表面诱导CAR分子的表达。生成的CAR-T细胞能够特异性识别癌细胞表面的靶抗原,进而被该抗原激活并大量扩增,最终有效清除血液系统恶性肿瘤细胞或表达相应靶点的肿瘤细胞。基于上述特点,体内CAR-T的临床前DMPK研究可被理解为一个多层级的分析问题,主要包括如表2中的三个层面的分析问题。
图2. 体内CAR-T作用机制[18]
表2. 体内CAR-T常见分析问题
体内CAR-T临床前DMPK
研究策略
传统体外CAR-T的研究路径已较为成熟:通过外周血单采获得T细胞,体外导入CAR基因,经扩增后回输体内,CAR阳性率、细胞扩增倍数及回输细胞剂量等关键参数均可在体外精确控制。相比之下,体内CAR-T将这一细胞工程化过程移至体内:LNP包载编码CAR的mRNA,经静脉或局部给药后,通过体内分布或靶向策略递送至免疫细胞,mRNA被翻译为CAR蛋白,使相应细胞在体内短暂获得靶向杀伤能力[1]。
这一模式带来了体外CAR-T及传统LNP-mRNA疗法均未充分面对的研究挑战:
1
药效细胞由体内递送过程“生成”,其数量、亚群构成及CAR表达水平高度依赖递送效率与细胞摄取差异,缺乏外源可控性;
2
mRNA介导的CAR表达具有瞬时性(主要表达窗口为24–72小时),不仅限制单次给药的作用持续时间,也可能引入重复给药背景下的免疫激活与安全性风险;
3
真正发挥作用的CAR阳性T细胞难以直接映射到传统PK/PD框架中的经典分析对象。
基于上述特点,表3展示了基于体内CAR-T的临床前DMPK研究针对三个层级的研究中主要分析问题,列出了其对应核心方法、主要研究的样品或基质以及最终得到的关键参数。
表3. 体内CAR-T临床前DMPK研究的核心分析问题
与对应方法学框架
体内CAR-T临床前DMPK
分析方法学
1
基于qPCR检测的mRNA组织分布分析
在体内mRNA定量分析中,RT-qPCR、bDNA(分支DNA)及数字PCR(dPCR/ddPCR)构成当前主流核酸定量平台。其中RT-qPCR因操作便捷、通量高,仍是组织分布研究中最常用的方法[10]。然而,与肝靶向mRNA药物或肌肉注射的mRNA疫苗不同,体内CAR-T的设计逻辑决定了其研究设计上存在显著差异。
动物模型选择
对于携带靶向抗体(如抗CD3、CD5、CD7或CD8)的tLNP,不同物种间抗原表达及抗体结合特性可能存在显著差异,通常优先选择与人源抗体具有良好交叉反应性的模型。以CPTX2309为例,其关键数据主要来源于食蟹猴(cynomolgus NHP),因为该模型在CD8⁺T细胞的体内分布(血液、脾、淋巴结及骨髓)及B细胞耗竭等药效方面更接近临床特征[8]。
时间点设计
相较于肝靶向mRNA蛋白替代疗法(蛋白半衰期可达数天)或mRNA疫苗(其免疫应答通常以周为尺度评估),体内CAR-T中mRNA在细胞内的稳定性通常较短(约12–24小时),CAR蛋白表达窗口主要集中在24–72小时。因此,采样策略需显著前移并加密(如早期多个时间点密集采样),否则可能错过峰值表达阶段。
在方法学规范方面,目前尚缺乏针对LNP-mRNA体内PK分析的专门监管指南,相关实践多参考AAPS及WRIB发布的白皮书及行业共识[11,12]。引物与探针设计、RNA提取方法及检测体系选择(如SYBR Green与TaqMan,一步法或两步法)均对方法性能有重要影响。例如,引物探针设计直接决定扩增效率及检测信号的特异性与信噪比。用于申报的项目需进行方法验证,包括线性范围、准确度与精密度、定量下限(LLOQ)、特异性/选择性、稳定性及基质效应等参数,以确保数据的可靠性与可重复性。
2
基于流式细胞术评估细胞工程化程度
与功能读出
如果说RT-qPCR回答的是“mRNA在哪里、暴露水平如何”,那么流式细胞术回答的是“哪些细胞被成功工程化、表达水平如何、功能状态如何”。这一层级正是体内CAR-T与传统肝靶向mRNA药物或mRNA疫苗的核心差异所在。
单纯的组织水平mRNA定量无法区分具体的细胞摄取来源(例如无法判断信号来自T细胞还是其他免疫细胞群)。因此,在体内CAR-T研究中,流式细胞术是判定递送是否“命中目标细胞”的关键技术手段。
常规策略是将组织(如脾、骨髓或肿瘤组织)解离为单细胞悬液,通过多参数流式对不同免疫细胞群进行分群分析。CAR阳性T细胞的检测通常依赖两类方法:
► 通用型方法:使用荧光标记抗体靶向性铰链区或scFv恒定区;
► 特异性方法:利用可溶性靶抗原或抗独特性抗体[13];
在此基础上,结合CD3、CD4、CD8、CCR7及CD45RA等表面标志物,可进一步解析CAR在不同T细胞亚群中的表达特征。
关键检测参数通常包括:外周血及组织(脾、骨髓、肿瘤等)中的CAR+T细胞的绝对计数,及其在CD3+T细胞中的比例。对于外周血等体液样本,推荐优先采用绝对计数指标,以避免比例变化掩盖真实的细胞数量动态。采样时间点的设计需与CAR表达的快速动力学相匹配,以捕获其上升与衰减过程。
与体外CAR-T中相对均一的基因整合表达不同,LNP-mRNA体系单细胞层面的表达呈现明显异质性。不同细胞摄取的mRNA量存在差异,其分布可近似表现为泊松样或更分散的特征,导致CAR表面表达密度差异,进而影响功能活性。流式的平均荧光强度(MFI)可作为反映CAR表达水平的相对指标;通过定量流式可将荧光信号换算为单细胞层面的CAR分子数,实现更具可比性的定量分析。
在功能层面,流式细胞术可直接提供靶细胞耗竭及免疫重建的动态读出。针对如CD19、CD20、BCMA等靶点,可获得外周血及骨髓中B细胞绝对计数随时间变化的曲线,量化耗竭程度与恢复过程。需要强调的是,CAR阳性不等于功能阳性——这是体内CAR-T相较于体外产品的核心不确定性之一。流式细胞术的关键优势在于其多参数联合分析能力:可同时评估活化标志物(如CD25、CD69等)、增殖标志物(Ki-67)及耗竭相关分子(如PD-1等),在单细胞层面解析功能状态[8]。
尽管流式细胞术被广泛视为核心手段,但其依赖于将组织解离为单细胞悬液,不可避免地丢失了空间信息。而体内CAR-T的功能实现高度依赖组织微环境中的空间分布:CAR+T细胞是否进入脾白髓B细胞区、是否到达骨髓血窦周围、是否有效浸润实体瘤巢等。这些关键信息仅能通过免疫组化(IHC)、免疫荧光(IF)及空间转录组等技术获得。因此,IHC并非流式的补充手段,而是与流式正交的、不可替代的证据层[8]。
图3展示了体内CAR-T在NHP中重复给药后B细胞的变化趋势,图像上侧为全血中细胞检测,下侧为脾脏免疫组化分析。与对照组相比,在给药后B细胞均有下降。流式与IHC数据互为补充,共同阐述给药后体内B细胞的变化[8]。
图3. 体内CAR-T在NHP中重复给药后B细胞变化[8]
3
基于LBA平台的ADA评估与数据解读
针对免疫原性的评估,目前通常参考FDA(2019)与EMA(2017)关于治疗性蛋白免疫原性的多层级分析策略,采用“筛查(screening)—确证(confirmatory)—滴度分析(titer)”流程,必要时进一步开展中和抗体(neutralizing antibody,NAb)评估[14]。与传统单一蛋白药物不同,体内CAR-T的免疫原性来源更加复杂,需针对不同组分分别建立检测策略,其潜在免疫原性来源主要包括以下四个部分:
PEG-脂质,既往疫苗或PEG化药物暴露可能已经诱导出预存抗PEG抗体;
抗体偶联LNP(tLNP)的导向抗体,通常是抗CD3/CD5/CD7/CD8的人源化或鼠源单抗,本身就是免疫原;
CAR蛋白的scFv部分,尤其鼠源CD19scFv(FMC63等)在体外CAR-T中已被反复证实可诱导抗CAR抗体;
其他辅助组分(可电离脂质、外源蛋白污染)。
采样时间点通常覆盖给药前基线、重复给药前、末次给药后多个恢复阶段时间点(如14天、28天、56天及90天等),以观察抗体反应的发生、增强与衰减过程。一般而言,IgM反应出现较早,IgG应答则可能在后续数周逐渐增强,但具体时间窗仍与递送系统、给药方案及物种相关。
ADA可能通过多种机制影响体内CAR-T的PK/PD行为,包括加速LNP或CAR相关组分清除、降低mRNA递送效率及CAR表达水平、形成免疫复合物并改变组织分布等。因此,在PK/PD数据解释过程中,ADA状态通常被视为重要协变量之一。
4
以细胞因子为主的其他生物标志物检测
细胞因子检测在体内CAR-T分析框架中承担双重角色,例如:
1
效应功能评估
IFN-γ(Th1应答标志物)、TNF-α与IL-2(T细胞活化强度)、Granzyme B(细胞毒颗粒释放)——这些因子直接反映CAR⁺T细胞的效应功能;
2
安全性监测
IL-6(CRS关键驱动因子和tocilizumab靶点)、IL-1β与GM-CSF(巨噬/髓系细胞活化)、MCP-1(中性粒和单核细胞趋化)——这一组共同勾勒固有免疫激活的全貌,用于CRS/ICANS风险预警[15,16]。
细胞因子的分泌波动通常出现在给药早期,推荐采样时间点包括:给药后2小时(捕获LNP固有免疫激活的早峰)、4-6小时(LNP与CAR介导信号叠加的峰值窗口)、24小时(CAR介导效应主峰)、48-72小时(评估消退动力学)、第5-7天(确认回基线)。细胞因子检测不是“观察性终点”,而是整条PK/PD链中不可省略的环节——缺了它,将无法在早期区分“CAR表达但未活化”与“CAR表达且功能活跃”,也无法在获得组织病理结果前捕获系统性炎症信号[15,16]。
不同的平台常因试剂可及性、检测通量、灵敏度以及优略势不同在不同研究阶段予以使用,常用多种细胞因子检测平台对比如表4所示。
表4. 主流多重细胞因子检测平台及其应用
结 语
体内CAR-T(LNP-mRNA)正在将细胞治疗从一个“工艺重资产、患者重负担”的工程问题,改写为一个“分子重设计、递送重精度”的药学问题。但要将这条路径走通,临床前研究的核心在于建立一套能同时量化颗粒去向、工程化细胞身份、CAR功能输出的分析体系。
从方法学角度看,体内CAR-T的DMPK研究需要跨越传统小分子与大分子药物的分析范式——它既需要LC-MS/MS的定量精度,也需要qPCR的核酸检测灵敏度和流式的单细胞解析能力,还需要LBA平台的免疫原性评估和多重细胞因子检测的系统性视角。这种多方法学的整合,既是挑战,也是这场治疗革命中的核心价值所在。
药明康德DMPK依托丰富的临床前生物分析经验,目前已在mRNA药物生物分析领域积累了完善的方法开发与验证能力,可满足药代动力学的IND申报要求。我们目前建立的体内CAR药物的整合性生物分析平台可帮助药物开发者在该新型疗法的不同研发阶段,更加高效、准确地评估其ADME特征,深入理解药效与安全性之间的关系,为后续安全性评价与临床研究奠定坚实基础。
参考文献:
[1] Gao Y, Hu J, An N, et al. In vivo engineering of CAR-T cells: delivery strategies and clinical translation[J]. Biomarker Research, 2026, 14(1): 23.
[2] Meng S, Hara T, Miura Y, et al. In vivo engineered CAR-T cell therapy: lessons built from COVID-19 mRNA vaccines[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2025, 26(7): 3119.
[3] Beacon Intelligence. In Vivo CAR T Cell Therapies. https://beacon-intelligence.com/blog/in-vivo-car-t-cell-therapies/
[4] Capstan Therapeutics. Announces Initiation of Phase 1 Trial of Lead In Vivo CAR-T Therapy CPTX2309. Business Wire. 2025-06-11. https://www.businesswire.com/news/home/20250611668181/
[5] AbbVie. AbbVie to Acquire Capstan Therapeutics, Further Strengthening Commitment to Transforming Patient Care in Immunology. 2025-06-30. https://news.abbvie.com/2025-06-30-AbbVie-to-Acquire-Capstan-Therapeutics
[6] Capstan Therapeutics. Announces Initiation of Phase 1 Trial of Lead In Vivo CAR-T Therapy CPTX2309. Business Wire. 2025-06-11
[7] Hunter T, Soldevila F, Zhang Y, et al. A Novel Product Candidate (CPTX2309) for In Vivo mRNA Engineering of Anti-CD19 CAR T Cells Utilizing Novel CD8-Targeted Lipid Nanoparticles. ACR Convergence 2024 / ASGCT 2025 Oral: "A Two-Infusion Regimen with a Novel In Vivo Non-Viral CAR Achieves up to 90% CD8+T Cell Engineering in NHP."
[8] Theresa L. Hunter et al., In vivo CAR T cell generation to treat cancer and autoimmune disease. Science388,1311-1317(2025).DOI:10.1126/science.ads8473
[9] Bimbo J F, van Diest E, Murphy D E, et al. T cell-specific non-viral DNA delivery and in vivo CAR-T generation using targeted lipid nanoparticles[J]. Journal for immunotherapy of cancer, 2025, 13(7): e011759.
[10] Ortiz J, Brunner L, Ci L, Baek R, Jani D, Marshall JC, Pennucci J. Comparison of RT-qPCR With Branched DNA to Quantify a Lipid Nanoparticle-Encapsulated mRNA Therapeutic in Serum and Liver Tissue Samples From Nonclinical PK Studies. AAPS J. 2025 Jan 16;27(1):27. doi: 10.1208/s12248-024-01002-9. PMID: 39820792.
[11] Hays A, Wissel M et al. Recommendations for Method Development and Validation of qPCR and dPCR Assays in Support of Cell and Gene Therapy Drug Development. AAPS J. 2024 Feb 5;26(1):24. doi: 10.1208/s12248-023-00880-9. PMID: 38316745.
[12] Wissel M, Poirier M, et al Recommendations on qPCR/ddPCR assay validation by GCC. Bioanalysis. 2022 Jun;14(12):853-863. doi: 10.4155/bio-2022-0109. Epub 2022 Jun 15. PMID: 35703321.
[13] Schindler K, Ruppel K E, Müller C, et al. Molecular Therapy Methods & Clinical Development, 2024, 32(3).
[14] Myler H, Mora J, et al. Anti-drug Antibody Validation Testing and Reporting Harmonization Addendum. AAPS J. 2026 Jan 8;28(1):47. doi: 10.1208/s12248-025-01197-5. PMID: 41507683.
[15] Liu, C., Chu, D., Kalantar-Zadeh, K., et al. Cytokines: From clinical significance to quantification. Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany). 8(15), e2004433 (2021).
[16] Bhol, N. K., Bhanjadeo, M. M., Singh, A. K., et al. The interplay between cytokines, inflammation, and antioxidants: Mechanistic insights and therapeutic potentials of various antioxidants and anti-cytokine compounds. Biomedicine & pharmacotherapy. 178, 117177 (2024).
[17] Short L, Holt R A, Cullis P R, et al. Direct in vivo CAR T cell engineering[J]. Trends in pharmacological sciences, 2024, 45(5): 406-418.
[18] Bui T, Mei H, Sang R et al. Advancements and challenges in developing in vivo CAR T cell therapies for cancer treatment eBioMedicine, 2024; 106
(下滑查看更多)
作者:颜欢、张多、邢丽丽
编辑:富罗娜·克里木
设计:张莹莹
推荐阅读
药明康德DMPK
依托在中国(上海、苏州、南京和南通)和美国(新泽西)的研发中心,提供从早期筛选、临床前开发、到临床研究阶段的综合型药代动力学服务,助力您快速推进药物研发流程。拥有上千人的研发团队,服务超1600家全球客户,具有超过十五年的新药申报经验,已成功支持超过1800个新药临床研究申请(IND)。
免责声明:药明康德DMPK专注于分享药物代谢与药代动力学相关领域进展和研究经验总结。本文仅作信息交流之目的,文中观点不代表药明康德立场,亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导,请前往正规医院就诊。
版权说明:本文来自药明康德DMPK,欢迎个人转发至朋友圈,谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德DMPK」微信公众号回复“转载”,获取转载须知。
喜欢本文就 点赞 在看 吧