校友企业呈源生物(RootPath)与荷兰NKI在《自然-生物技术》报道超高通量基因合成技术在TCR发现中的应用
发布时间 :2024-04-28  阅读次数 :681

日前,荷兰癌症研究中心(Netherlands Cancer Institute, NKI)的Wouter Scheper、Ton Schumacher课题组与呈源生物(RootPath)团队合作在《自然-生物技术》(Nature Biotechnology, IF 68.2)上发表题为“Discovery of tumor-reactive T cell receptors by massively parallel library synthesis and screening”的研究论文,展示了呈源生物独有的超高通量基因合成技术如何助力个体化TCR药物的发现。生命科学技术学院2005届本科校友、呈源生物联合创始人陈曦博士作为共同通讯作者领导了此项研究。

 

【研究介绍】

在很多实体瘤中,肿瘤发生和增大的直接原因是肿瘤浸润性T细胞(也称为肿瘤浸润性淋巴细胞,tumor-infiltrating lymphocytes或TILs)杀死肿瘤细胞的速度赶不上肿瘤细胞增殖的速度。因此,如何提高TILs的数量或功能已成为当前免疫肿瘤学研究的重点。其手段包括使用药物(如检查点抑制剂、细胞因子等)或在体外培养TILs后再回输到患者体内。这些研究方向中的一个主要障碍是,TILs由多种多样的T细胞组成,其中真正能识别并杀死肿瘤的T细胞往往只占少数,而其它细胞仅仅是“旁观者”。而且,TILs中的肿瘤识别性T细胞经常处于耗竭和功能障碍(dysfunctional)状态,这使得对这些T细胞的鉴定或富集难上加难。

为了解决这个问题,呈源生物和NKI的联合研究团队开发了一项新技术,通过大规模并行测序和合成TILs中的T细胞受体(TCR)基因,创建了多克隆合成型TILs(polyclonal synthetic TILs)。这类合成型TILs整合了由TCR基因赋予的肿瘤识别能力和新鲜T细胞的优秀细胞状态。利用这些合成TILs,研究人员可以有效地发现能识别肿瘤抗原的TCR基因,并有望利用这些TCR基因为实体瘤患者创建个性化的细胞疗法。

在免疫肿瘤学研究中,评价一个T细胞的两个最重要指标是:(1)其TCR是否能识别肿瘤抗原,以及(2)这个细胞是否拥有足够健康的细胞状态,使其在接触并识别肿瘤细胞后执行增殖和杀伤功能。简单地说就是T细胞是否具有“正确的心智”和“强健的体魄”。然而在TILs中,这两者往往不会在同一个T细胞中共存。随着测序技术尤其是单细胞RNA测序技术(scRNA-Seq)的快速发展,研究人员可以轻易地从成千上万个TILs中获取α-β配对的TCR序列。这些序列决定了T细胞的“心智”。然而这些序列只是数字化的“蓝图”,并不是可以放入其它T细胞(例如来自同一患者的,具有“强健体魄”的新鲜T细胞)中的DNA分子。把蓝图变成DNA分子则需要基因合成。虽然大规模合成TCR基因理论上是可行的,但利用当前的技术,每个TCR基因的成本要达到近100美元。因此,对成千上万个TCR基因进行合成往往在经济上是不现实的。

呈源生物和NKI的研究人员开发了一种新的序列设计算法,使他们能够利用价格极其低廉的寡核苷酸池(oligo pool)组装出α-β正确配对的,全长的TCR基因,使得合成一个TCR基因的物料成本降至1美元。研究人员进一步证明,这些TCR基因可以被引入到新鲜的T细胞中并正确发挥功能。并且当结合了基于NGS的新型筛选技术后,研究人员可以迅速有效地从TILs群体中寻找到“正确的心智”,即可以识别肿瘤抗原的TCR基因。

呈源生物联合创始人兼首席执行官、该研究共同通讯作者陈曦博士表示:“这项工作有力地展示了是合成生物学进步如何能够为癌症研究和和癌症治疗带来更好的工具。”对于公司未来的计划,陈曦博士说:“我们正在不断发展更便宜、更快速的基因合成和筛选技术,并将逐步将它们开放给我们的客户。呈源生物的使命是在未来大约10年内,将基因合成的成本降低1-2个数量级,将基因功能鉴定的通量提高1-2个数量级。这篇论文是我们在这一旅程中的一个重要里程碑。”

呈源生物在2023年底发布了呈源定制基因库,将基因合成的成本降低到了每碱基¥0.2-0.3元,不到市场上现行价格的一半。一些早期测试客户已经使用了本篇论文中报道的TCR基因合成和筛选服务并获得了满意的结果,呈源生物将很快商业化提供这项服务。

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【校友简介】

陈曦,上海交通大学生命科学技术学院2005届本科校友,呈源生物联合创始人兼首席执行官。本科毕业后前往德克萨斯大学奥斯汀分校攻读生物化学专业的博士学位。博士毕业后,陈曦进入哈佛大学 Wyss Institute,跟随尹鹏教授进行了三年的博士后研究。2017年,陈曦作为联合创始人在波士顿创立呈源生物,致力于基因合成和解码免疫系统的技术研发。

 

关于呈源生物

呈源生物(RootPath)是一家专注于基因合成和解码免疫系统的合成生物学和细胞治疗公司。呈源生物成功开发了世界首个基于超高通量DNA片段组装的长序列基因合成技术和多克隆、多功能TCR-T细胞生产技术,同时率先将这些技术应用于合成免疫学平台,助力开创新一代个体化、多克隆、肿瘤反应性T细胞疗法。呈源生物于2017年由巢生资本孵化创立,至今共获得融资近7000万美元,投资人包括红杉资本、经纬创投、鼎晖投资、云九资本、火山石资本、元禾原点等。