Nature biomedical engineering
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本文提出了一种新型、无标记的代谢成像技术（OMI），用于评估CAR T细胞的代谢适应性，从而优化制造条件并提高细胞治疗的体内效力与持久性。研究通过多组实验验证了培养基成分和激活条件对T细胞代谢、细胞周期及基因转移效率的关键影响，为CAR T细胞治疗在实体瘤中的应用提供了重要指导。

 

文献概述
本文《Label-free metabolic imaging monitors the fitness of chimeric antigen receptor T cells》发表于Nature biomedical engineering杂志，回顾并总结了利用无标记光学代谢成像（OMI）技术监测CAR T细胞制造过程中的代谢变化，探讨了培养基和激活条件对细胞周期、基因转移效率及体内疗效的影响。研究团队还通过小鼠模型验证了特定培养条件对CAR T细胞持久性和抗肿瘤效力的提升。

背景知识
嵌合抗原受体T细胞（CAR T）疗法在血液系统恶性肿瘤中取得了显著成效，但在实体瘤中的应用仍受限，主要由于肿瘤微环境的免疫抑制性以及制造过程中T细胞易进入终末分化状态，导致疗效下降。当前，CAR T细胞制造流程包括T细胞激活、基因转导或基因编辑、以及扩增培养，每一步都对最终细胞产品的代谢状态和治疗效力有显著影响。然而，传统代谢检测方法如流式细胞术或单细胞代谢组学存在侵入性、耗时性等限制，难以实时监测细胞代谢变化。光学代谢成像（OMI）技术通过检测NAD(P)H和FAD的自发荧光，实现了无标记、非侵入式的单细胞代谢状态评估，为优化CAR T细胞制造提供了新思路。

 

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研究方法与实验
研究团队使用光学代谢成像（OMI）技术，对不同激活条件和培养基下的T细胞进行非侵入式代谢状态监测，并结合流式细胞术、ATP生产分析、代谢通量检测及体内小鼠模型，评估不同培养条件对CAR T细胞代谢状态、表型及体内抗肿瘤效力的影响。实验设计包括不同激活抗体（StemCell αCD2/αCD3/αCD28 和 TransAct αCD3/αCD28）和培养基（ImmunoCult XF 和 TexMACS）的组合，同时通过流式细胞术和代谢组分析验证OMI数据的可靠性。

关键结论与观点

• OMI技术可有效区分不同培养基和激活条件下T细胞的代谢状态，ImmunoCult XF培养基诱导更快的代谢变化与细胞周期进入。
• 在基因转移阶段，OMI参数（如NAD(P)H τm和α1）可准确预测高转导效率的时间窗口，从而优化制造流程。
• 切换培养基（TexMACS → ImmunoCult XF）可提升CAR T细胞的氧化磷酸化水平，减少糖酵解活性，从而增强体内效力。
• 基于OMI的机器学习模型可高精度预测CAR T细胞的体内抗肿瘤效力，AUC超过0.91，为个性化制造提供潜在工具。
• 代谢状态（如高线粒体质量、高氧化磷酸化）与CAR T细胞的持久性和抗肿瘤效力显著相关，提示代谢适配性是制造质量的关键指标。

研究意义与展望
该研究首次系统性评估了培养基成分对CAR T细胞代谢和制造效率的动态影响，并展示了OMI在实时、非侵入式监测中的应用潜力。未来，OMI可作为标准化工具用于CAR T细胞制造的实时质量控制，同时为其他细胞治疗提供代谢优化策略。进一步研究可探索OMI在临床样本中的适用性及多中心验证其预测能力。

 

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结语
本研究通过引入无标记代谢成像（OMI）技术，为CAR T细胞制造过程中代谢状态的实时监测和优化提供了科学依据。研究发现，培养基成分和激活条件显著影响T细胞的代谢重编程、细胞周期进程及基因转移效率，而通过OMI获取的代谢参数可高精度预测最佳基因转移时间点及体内疗效。这一成果不仅为CAR T细胞治疗实体瘤的制造优化提供了新方法，也为其他代谢敏感的细胞治疗（如NK细胞、干细胞）提供通用框架。未来，OMI有望作为制造过程中关键质量属性监测工具，助力个性化细胞治疗的标准化和效率提升。

 

Dan L Pham, Dan Cappabianca, Matthew H Forsberg, Krishanu Saha, and Melissa C Skala. Label-free metabolic imaging monitors the fitness of chimeric antigen receptor T cells. Nature biomedical engineering.