摘要：细胞和基因疗法（如CAR-T疗法）虽已获批临床应用，但缺乏无创、定量、全身性的成像工具来实时监控治疗细胞在体内的分布、增殖和迁移。传统方法（如荧光标记、铁粒子标记）存在缺陷：光学成像穿透力差，无法深层追踪；直接标记会被细胞分裂稀释，且无法区分死/活细胞；现有报

前言

细胞和基因疗法（如CAR-T疗法）虽已获批临床应用，但缺乏无创、定量、全身性的成像工具来实时监控治疗细胞在体内的分布、增殖和迁移。传统方法（如荧光标记、铁粒子标记）存在缺陷：光学成像穿透力差，无法深层追踪；直接标记会被细胞分裂稀释，且无法区分死/活细胞；现有报告基因（如HSV-tk）可能引发免疫反应或与内源蛋白交叉。

慕尼黑工业大学Wolfgang A. Weber教授报道了一种基于膜锚定anticalin蛋白的PET报告基因系统（DTPA-R，如图1 ），首次实现体内微量治疗细胞的超高灵敏度、无创、定量动态追踪，为细胞和基因疗法的精准监控与优化提供了革命性工具。

图1 DTPA-R报告蛋白的结构

核心技术：生物正交报告基因系统

1. 设计原理

报告蛋白DTPA-R：改造人源脂质运载蛋白（anticalin CL316），使其锚定在细胞膜表面，仅257个氨基酸（基因大小774 bp），可特异性结合小分子探针。

图2 报告蛋白DTPA-R编码区域

放射性探针：¹⁸F标记的镧系复合物（[¹⁸F]F-DTPA），与DTPA-R以皮摩尔级亲和力（KD ≈ 500 pM）结合，且结合具有生物正交性（不与体内其他分子反应），图3 。

图3 放射性探针

2. 验证实验

体外实验：在CAR-T细胞和AAV病毒转导细胞中表达DTPA-R，结合¹⁸F探针后信号比对照组高8 95 倍，见图3 。

体内实验：

▼ 探针通过肾脏快速清除（90 分钟清除率>97%），无脱靶积累。可检测低至1,200个CAR-T细胞（骨髓内），灵敏度远超现有技术。

▼ 纵向追踪：连续4 周PET成像显示CAR-T细胞在淋巴瘤小鼠模型中的扩增、迁移（图4 ），信号强度与流式细胞术定量结果线性相关（R²=0.92）。

图4 表达DTPA-R的CAR T细胞纵向PET成像

▼ 基因治疗监测：成功量化AAV9病毒在肝、肾上腺等组织的转导效率（图5 ）。

图5 AAV9病毒在肝、肾上腺等组织的转导效率量化

核心结论

1.超高灵敏度与特异性

▼ 系统可无创、定量监测微量治疗细胞（最低500个体外细胞，1,200个体内细胞）。

▼ 探针背景噪音极低，仅靶向表达DTPA-R的细胞。

2. 多功能应用

▼ 适用于CAR-T细胞疗法（追踪动态）和病毒介导的基因治疗（评估转导效率）。

▼ 兼容临床PET扫描仪，易于转化。

临床转化优势

小分子量：DTPA-R基因仅774 bp，易装载至病毒载体（如AAV）。

人源化设计：基于人源蛋白，免疫原性风险低（已有9 种anticalin药物进入临床试验）。

双功能潜力：DTPA-R还可用于治疗性同位素（如¹⁷⁷Lu）靶向递送，实现"诊疗一体化"。

创新点

首创膜锚定anticalin报告系统：将工程化脂质运载蛋白与PET成像结合，解决传统报告基因的免疫原性和脱靶问题。

突破性灵敏度：首次实现骨髓内极微量细胞（10³级别）的无创检测。

动态定量平台：首次在活体动物中连续4 周定量追踪CAR-T细胞增殖与迁移动态。

一石二鸟：同一系统同步支持细胞治疗（CAR-T）和基因治疗（AAV）的监测。

总结

这项研究开发了一种基于膜锚定anticalin蛋白的新型PET报告基因系统（DTPA-R），解决了细胞和基因治疗领域长期缺乏无创、定量、全身性监测工具的难题。该系统通过特异性结合¹⁸F标记探针，实现了超高灵敏度检测（可追踪体内低至1,200个CAR-T细胞），信号强度比背景高800倍以上。研究证实，该技术能连续4 周动态监测CAR-T细胞在骨髓中的迁移扩增，并精准量化AAV基因治疗的转导效率。

其创新性在于：

▼ 人源化小分子量设计（仅774bp）避免免疫排斥；

▼ 探针肾脏快速清除减少背景干扰；

▼ 兼容临床PET设备，为治疗优化提供实时可视化工具。该技术突破了现有成像方法的局限，为细胞/基因疗法的临床转化提供了关键技术支持。

参考文献

Morath V, Fritschle K, Warmuth L, Anneser M, Dötsch S, Živanić M, Krumwiede L, Bösl P, Bozoglu T, Robu S, Libertini S, Kossatz S, Kupatt C, Schwaiger M, Steiger K, Busch DH, Skerra A, Weber WA. PET-based tracking of CAR T cells and viral gene transfer using a cell surface reporter that binds to lanthanide complexes. Nat Biomed Eng.

Dacek, M. M. et al. Engineered cells as a test platform for radiohaptens in pretargeted imaging and radioimmunotherapy applications. Bioconjug. Chem. 32, 649–654 (2021).

Amini, L. et al. Preparing for CAR T cell therapy: patient selection, bridging therapies and lymphodepletion. Nat. Rev. Clin. Oncol. 19, 342–355 (2022).

Weber, W. A., Varasteh, Z., Fritschle, K. & Morath, V. A theranostic approach for CAR-T cell therapy. Clin. Cancer Res. 28, 5241–5243 (2022).

来源：干细胞者说