[发明专利]使用工程化的细胞检测、监测或治疗疾病或病况的系统及制备和使用它们的方法

摘要

提供了通过检测增加的机械模量或硬度或靶向具有增加的机械模量或硬度的组织来检测和治疗包括癌症、糖尿病、纤维化和自身免疫性疾病的疾病状态的方法。实施这些方法为这些疾病状态提供了特异性和局部的检测测定和疗法。提供了机械响应性细胞系统，其可通过靶向肿瘤微环境中的独特的生物物理性质和机械性质来选择性检测和治疗癌症转移。提供了通过使用机械响应性启动子逻辑来制备机械敏感性CAR T细胞的方法。提供了使用工程化的干细胞的血液检验，所述干细胞在细胞归巢于特定小生境后表达报告子并将报告子分泌至血液中，然后所述报告子可用血液检验来检测。在替代实施方案中，提供了能够以单分子或单细胞灵敏度检测血液中靶分子或细胞的超灵敏检测平台。

主权项

一种工程化的细胞或重组细胞，或包括、掺入或使用所述工程化的细胞或重组细胞的多路复用系统或装置，或所述工程化的细胞或重组细胞、其多路复用系统或装置用于进行细胞工程化以靶向、检测或监测或治疗疾病的异常细胞或组织的方法或用途，其包括：(1)(a)提供细胞或改变所述细胞内容物以产生所述工程化的细胞的工程化方法，以及修饰所述细胞以在其中包含、包括或具有以下物质，或具有表达以下物质的能力：治疗剂、转化酶、酶原、抗体、外源蛋白、外源纳米颗粒、归巢剂或原先不存在于所述细胞中的任何分子或装置，或(b)(所述工程化的细胞或重组细胞)在其中包含、包括或具有以下物质，或经修饰具有表达以下物质的能力：治疗剂、转化酶、酶原、抗体、外源蛋白、外源纳米颗粒、归巢剂或原先不存在于细胞中的任何分子或装置，其中任选地，所述工程化的细胞或重组细胞是免疫细胞(任选T细胞)、间充质干细胞(MSC)、神经干细胞(NSC)、造血干细胞(HSC)或微生物，任选细菌，以及任选地，将所述细胞工程化以包含至少一种具有表达以下物质的能力的外源核酸：治疗剂、转化酶、酶原、抗体、外源蛋白、外源纳米颗粒、归巢剂或原先不存在于所述细胞中的任何分子，并且所述核酸的表达处于机械响应性启动子(其中所述启动子通过所述细胞的环境的硬度的增加或与具有增加的机械模量或硬度的组织或环境的接触来进行激活)的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子)，并且任选地所述机械响应性启动子包括或为YAP/TAZ机械响应性启动子，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞包含归巢剂，或经工程化以包含外源归巢剂，其包含促进或增强所述工程化的细胞或重组细胞向某一或期望的小生境、包括但不限于肿瘤小生境迁移的蛋白或任何形式的分子，并且任选地，所述归巢剂由处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)的核酸编码，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞包含治疗剂，或经工程化以包含外源治疗剂、任选直接治疗剂，所述治疗剂包括对其它细胞具有直接毒性或有益作用的蛋白质酶或任何形式的分子，以及任选地，所述治疗剂由处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)的核酸编码，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞包含转化酶，或经工程化以包含外源转化酶，所述转化酶包括能够将有毒的、无活性或非活性分子转化成诊断剂或治疗剂的蛋白质酶或任何形式的分子，并且任选地，所述转化酶由处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)的核酸编码，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞包含酶原，或经工程化以包含外源酶原，所述酶原包括能够被转化为直接治疗剂的蛋白质酶或任何形式的分子，并且任选地，所述酶原由处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)的核酸编码，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞包含抗体或抗原结合剂，或经工程化以包含外源抗体或抗原结合剂，其中所述抗体或抗原结合剂包括能够结合至特定靶标的蛋白质抗体或任何形式的分子，并且任选地，所述抗体或抗原结合剂由处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)的核酸编码，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞包含源自除所述工程化的细胞外的物种或从所述蛋白的天然形式修饰而来的外源蛋白，并且所述外源蛋白由处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)的核酸编码，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞包含外源装置，任选纳米颗粒或包含所述原始细胞不具有的任何分子，以及任选地，将所述机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子工程化至所述细胞中以驱动目标内源核酸，以及任选地使用CRISPR/Cas9或等效方法将所述机械响应性启动子工程化至所述细胞中；或(2)(a)提供工程化的细胞或重组细胞，所述工程化的细胞或重组细胞具有经修饰的细胞内容物或包含外源因子以修饰所述细胞的分化、归巢、机械信号、细胞‑细胞通信、可溶性因子、细胞外环境或对其它因子的响应的生理学或生物化学或生物物理学机制，或(b)(所述工程化的细胞或重组细胞)在其中包含、包括或已包含经修饰的细胞内容物，或包含外源因子以修饰所述细胞的分化、归巢、机械信号、细胞‑细胞通信、可溶性因子、胞外环境或对其它因子的响应的生理学或生物化学或生物物理学机制，其中任选地，修饰所述细胞的分化、归巢、机械信号、细胞‑细胞通信、可溶性因子、细胞外环境或对其它因子的响应的生理学或生物化学或生物物理学机制的所述外源因子，由处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)的核酸编码，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞的经修饰的分化机制在将细胞类型特异性从低改变至高后，改变所述工程化的细胞或重组细胞的位置和细胞内容物，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞的经修饰的机械信号传导在接受来自细胞外基质或细胞外环境的硬度和/或交联信号后改变所述工程化的细胞或重组细胞的位置和细胞内容物，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞的经修饰的归巢机制包括归巢于某一小生境，以及任选地，所述工程化的细胞的经修饰的细胞‑细胞通信机制在与其它细胞相互作用后改变所述工程化的细胞的位置和细胞内容物，以及任选地，通过所述工程化的细胞或重组细胞进行的经修饰的可溶性因子产生在接受所述细胞外环境中的因子后改变所述工程化的细胞或重组细胞的位置和细胞内容物，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞的经修饰的细胞外环境响应于所述细胞外环境中的内容物而改变所述工程化的细胞或重组细胞的位置和细胞内容物，以及任选地，所述工程化的细胞或重组细胞的经修饰的化学条件改变所述工程化细胞的位置和/或细胞内容物，其中任选地，经修饰的工程化的细胞包含蛋白质、核酸、脂质、糖类、小分子、pH、温度、辐射或用于改变所述细胞的位置的任何其它因子；或(3)(a)提供如上述步骤(1)或(2)中所述的工程化的细胞或重组细胞，其中所述细胞经修饰以在其中具有、包含或含有至少一种具有表达以下物质的能力的外源核酸：治疗剂、转化酶、酶原、抗体、外源蛋白、外源纳米颗粒、归巢剂或原先不存在于所述细胞中的任何分子，并且所述核酸的表达是组成型的或可激活的(可诱导的)，或(b)如上述步骤(1)或(2)中所述的工程化的细胞或重组细胞，其中所述工程化的细胞经修饰以在其中具有、包含或含有至少一种具有表达以下物质的能力的外源核酸：治疗剂、转化酶、酶原、抗体、外源蛋白、外源纳米颗粒、归巢剂或原先不存在于所述细胞中的任何分子，并且所述核酸的表达是组成型的或可激活的(可诱导的)，其中任选地，所述外源核酸处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)，其中任选地，无论所述细胞外环境如何，所述组成型表达持续进行，其中任选地，所述可激活的或可诱导表达按照(2)中描述的机制开始，或可通过外源因子的表达来激活或诱导，以修饰所述细胞的分化、归巢、机械信号传导、细胞‑细胞通讯、对可溶性因子或细胞外环境的暴露或对其它因子的响应的生理学或生物化学或生物物理学机制或因子表达，其中任选地，所述细胞工程化是通过包括遗传学方法、任选CRISPR/Cas9方法或等效方法或非遗传学方法的方法进行的；或(4)(a)提供工程化的细胞或重组细胞，所述细胞使得能够通过转化酶、直接治疗性酶、酶原、抗体或直接或间接辅助治疗过程的任何分子的表达来治疗疾病或病况，或(b)(所述工程化的细胞或重组细胞)在其中包含、包括或已含有转化酶、治疗性酶、酶原、抗体或直接或间接辅助治疗过程的任何分子，其中任选地，所述转化酶、治疗性酶、酶原、抗体或直接或间接辅助治疗过程的分子由外源或内源核酸编码，所述外源或内源核酸处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)，并且任选地，通过CRISPR/Cas9方法或等效方法将所述内源核酸工程化以与机械响应性启动子可操作地连接，其中任选地，所述治疗包括使用转化酶或将治疗剂的非活性形式转化为其活性形式的任何蛋白或任何其它分子，以及任选地，所述治疗包括使用指导所述细胞内含容物或细胞外环境的改变的直接治疗性酶，以及任选地，所述治疗包括使用酶原或由所述工程化的细胞产生的任何蛋白或任何分子，其中其形式响应于(2)中所述的机制而从无活性改变成有活性，并以其活性形式递送疗效，以及任选地，所述治疗包括使用由所述工程化的细胞产生的抗体或免疫球蛋白，所述抗体或免疫球蛋白直接或间接辅助治疗过程；或(5)(a)提供工程化的细胞或重组细胞，所述细胞使得能够实现用于检测或诊断、伴随诊断或科学和研究工具的测定，或(b)(所述工程化的细胞)包含编码蛋白的核酸，所述蛋白使得能够检测所述细胞，或者当所述细胞暴露于新环境、任选具有增加的机械模量或硬度的组织或环境时使得能够检测所述细胞，任选地，所述核酸处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)，其中任选地，用于检测或诊断的测定效用由使得能够检测所述工程化的细胞的细胞位置和/或内容物的体外、体内、离体、原位或任何其它形式的测定组成，以及任选地，伴随诊断效用由使得能够检测所述工程化的细胞的细胞位置和/或内容物的设备和/或平台组成，以及任选地，伴随诊断效用由使得能够通过检测由所述细胞分泌至包括例如血液和尿液的生物流体中的探针(例如，酶)来实现细胞命运追踪和监测的设备和/或平台组成，以及任选地，所述探针在基因细胞疗法的情况下可以是治疗剂本身(例如，基因或蛋白)，或被工程化至所述细胞中的其它分子或试剂，以及任选地，伴随诊断效用由允许来自生物样品的单分子检测的设备和/或平台组成，以及任选地，科学和/或研究工具效用由使用有利于生物过程的科学研究的所述工程化的细胞组成；或(6)(a)提供工程化的细胞或重组细胞，所述细胞使得能够通过外源分子的表达来实现细胞基因疗法后的监测和安全性追踪，或(b)(所述工程化的细胞或重组细胞)包含编码蛋白的核酸，所述蛋白使得能够通过外源分子的表达实现细胞基因疗法后的监测和安全性追踪，以及任选地，所述核酸处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)；或(7)(a)提供工程化的细胞或重组细胞，所述细胞直接或间接辅助治疗或改善癌症、癌症转移、组织纤维化、细胞命运追踪、糖尿病、伤口愈合、化妆品、骨质疏松症、再生医学或免疫性疾病，(b)(所述工程化的细胞或重组细胞)包含编码蛋白的核酸，所述蛋白治疗或改善癌症、癌症转移、组织纤维化、细胞命运追踪、糖尿病、伤口愈合、化妆品、骨质疏松症、再生医学或免疫性疾病，并且任选地所述核酸处于机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子的控制之下(可操作地连接到机械响应性启动子、任选YAP/TAZ机械响应性启动子)，其中任选地，所述癌症或癌症转移包括当癌症扩散至除其起源处的组织中时的状况，并且所述除其起源处的组织具有足够的机械模量或硬度以激活(开启)所述机械响应性启动子，以及任选地，所述组织纤维化包括纤维结缔组织过度形成的状况，并且任选地所述纤维结缔组织过度形成具有足够的机械模量或硬度来激活(开启)所述机械响应性启动子，以及任选地，所述细胞命运追踪包括在体内检测工程化的细胞的命运的方法，以及任选地，所述糖尿病包括长期高水平的血糖，以及任选地，所述伤口愈合包括损伤组织的再生和重塑，以及任选地，所述化妆品包括改善身体的外观，以及任选地，所述骨质疏松症包括降低的骨质量和骨密度，以及任选地，所述再生医学包括替换、工程化或再生人细胞、组织或器官以恢复或建立正常功能的过程，以及任选地，所述免疫性疾病由由缺陷性或功能失常的免疫系统引起的疾病组成。