在癌症免疫治疗和自身免疫性疾病领域，T细胞疗法（如CAR-T、TCR-T等）已经取得了令人瞩目的临床成功。然而，这种”活的药物”在走向更广泛临床应用时，始终面临着一个难以逾越的鸿沟——缺乏可规模化的”现货型”（off-the-shelf）T细胞生产平台。
人多能干细胞（hPSCs）因其无限的自我更新能力、多向分化潜能以及易于进行基因编辑等优势，被公认为是解决T细胞来源问题的理想”种子细胞”。然而，将hPSCs转化为功能性T细胞的过程并非易事。T细胞的发育高度依赖于胸腺微环境，现有的培养方法都难以在悬浮培养条件下实现大规模扩增。
近日，北京大学研究团队在《Stem Cell Reports》上发表最新研究成果，成功开发了一种基于悬浮培养的人工胸腺类器官（Gel-ATO）系统。该系统不仅实现了从hPSCs向功能性T细胞的高效诱导，更通过旋转悬浮培养技术实现了T细胞的规模化生成，为通用型T细胞疗法的工业化生产提供了极具潜力的概念验证方案。
该研究采用艾沐蒽的ImmuHub® TCR测序分析系统验证了Gel-ATO系统诱导生成的iT细胞的克隆多样性，与天然胸腺T细胞具有高度相似性。是该研究证明Gel-ATO体系优越性的核心证据之一。
研究团队首先建立了一种基于Matrigel（基质胶）的人工胸腺类器官系统（Gel-ATO）。在该系统中，研究人员将hPSC衍生的iHPCs与MS5-hDLL4基质细胞共同包封，为T细胞发育提供了必要的三维微环境和细胞间接触。
从hCiPSC-3细胞系出发，通过逐步诱导原条样中胚层、动脉型造血内皮（HE）细胞，最终获得了CD34+ iHPCs。将这些祖细胞置入Gel-ATO后，T细胞的发育呈现出高度有序的时空轨迹：第1周即可检测到CD7+ T谱系标志物的表达；第2周约70%的细胞发育为CD7+CD5+早期胸腺祖细胞（ETP）；第3周这一比例超过80%；至第4周，约90%的CD7+CD5+细胞进一步分化为CD4+CD8+双阳性（DP）细胞。到第6-7周，系统中开始检测到表达CD3的成熟T细胞标志物。
该系统的通用性也得到了验证。当使用表达NY-ESO-1特异性TCR 1G4的hCiPSCs作为起始细胞时，Gel-ATO系统成功生成了具有抗原特异性的iT细胞，证明了该平台在定制化T细胞生产中的应用潜力。
研究团队从体外和体内两个层面全面评估了生成的iT细胞是否具备真正的生理功能。
在表型特征上，Gel-ATO衍生的iT细胞表达典型的Naive T细胞标志物（CD45RA+CD45RO-，CCR7+）。CFSE增殖实验表明，这些细胞在抗CD3/CD28/CD2抗体刺激下能够有效增殖；其中1G4-iT细胞在激活后14天内实现了近100倍的扩增。在体外杀伤实验中，1G4-iT细胞对表达NY-ESO-1抗原的K562靶细胞表现出高度特异性的细胞毒性。
体内实验进一步证实了其抗肿瘤效力。在NPG荷瘤小鼠模型中，输注Gel-ATO衍生的iT细胞显著抑制了肿瘤生长，展现了明确的体内治疗潜力。
在转录组层面，Bulk RNA-seq分析显示T谱系关键基因（TCF7、LEF1、BCL11B等）在分化过程中逐步上调。PCA分析证实Gel-ATO衍生的iT细胞与天然胸腺DP/SP细胞高度相似。TCR β 测序结果更是令人振奋：iT细胞展现出与胎儿胸腺T细胞相似的CDR3长度分布和V基因重组多样性（图D、E），表明该系统生成了高度多样化的T细胞库，而非单一克隆的异常扩增。单细胞RNA-seq进一步揭示了T/NK谱系的异质性，DP iT细胞维持PTCRA表达，提示其尚未完全完成正选择，保留了进一步成熟的潜力。
尽管Matrigel基Gel-ATO系统在功能上表现优异，但Matrigel本身在悬浮培养条件下难以形成规则的球形类器官，且易粘附于培养器皿，这成为规模化生产的物理障碍。
为此，研究团队转向生物相容性更好、更适合悬浮培养的海藻酸钠（alginate）作为替代水凝胶。经过浓度优化，0.5%海藻酸钠被确定为最佳条件。然而，纯海藻酸钠系统（A-ATO）的iT细胞产量仅为Matrigel系统的约1/10，表明单纯的物理包封不足以支持高效分化。
关键突破来自于将海藻酸钠与含RGD肽段的VitroGel-RGD混合（AV-ATO系统）。RGD肽段提供了细胞黏附所需的整合素结合位点，显著改善了细胞-基质相互作用，使iT细胞产量大幅提升，成功实现了从Matrigel到无动物成分水凝胶的平稳过渡。
为了进一步突破规模化瓶颈，研究团队将AV-ATO系统置于旋转培养瓶中（R-S-ATO），通过流体剪切力模拟体内血流动力学环境。
与静态悬浮培养相比，R-S-ATO系统展现出惊人的优势：iT细胞的分化动力学保持一致，但淋巴祖细胞比例显著提高，CD7+CD5+淋巴细胞产量提升了近20倍。在450 mL大规模培养体系中，成功获得了约3×10⁷个CD7+CD5+CD3+ iT细胞，最大产量达到约66,000个/mL。这些R-S-ATO衍生的iT细胞经激活后可扩增近40倍，高表达CD25、4-1BB等活化标志物，并保留了抗原特异性杀伤活性。
机制探索揭示了旋转悬浮培养的分子基础。RNA-seq分析显示，与AV-ATO相比，R-S-ATO系统显著上调了CD8 TCR信号通路、免疫反应通路及淋巴细胞介导的信号通路。尤为关键的是，流体剪切应力响应转录因子KLF2、机械敏感离子通道PIEZO1以及LFA-1黏附受体（ITGAL/ITGB2）的表达显著上调。这表明，适当的机械力刺激不仅改善了营养物质的传递，更直接激活了促进T细胞发育和功能的信号网络，实现了”力学-生物学”的协同增效。
该研究巧妙地将发育生物学原理、材料科学与生物反应器工程融为一体，为T细胞疗法的规模化生产开辟了新路径。Gel-ATO系统不仅重现了T细胞在胸腺中的发育程序，更通过旋转悬浮培养引入了力学调控维度，实现了产量与功能的双重突破。尽管距离临床转化仍有技术关卡需要攻克，但该研究为”现货型”细胞治疗的工业化时代投下了一枚重要的基石。
文章来源
Lei Q , et al. Scalable generation of T lymphocytes from human pluripotent stem cells in suspended organoids. Stem Cell Reports. 2026 Sep 3:103076.
艾沐蒽专注于免疫驱动医学领域多年，开发的ImmuHub®技术平台方法全面，检测物种多样，建库方法具有灵活性，致力于为各大高校、医院、科研机构、企业等提供优良的科研服务。
ImmuHub®部分科研方向
ImmuHub®适用基因座
部分数据分析结果展示
杭州艾沐蒽生物科技有限公司成立于2016年，是国际前沿的专注于免疫驱动医学技术的国家高新技术企业和专精特新企业。创始人团队来自美国芝加哥大学，在2010年开始使用免疫组基因高通量测序技术开展各种疾病相关研究，于2016年通过自主研发，全国首家推出NGS-MRD血液肿瘤微小残留病（MRD）检测Seq-MRD®，并授权泛生子使用。同时，公司拥有Immun-Traq®肿瘤治疗伴随诊断、Immun-Cheq® 免疫力测评以及ImmuHub®免疫组测序科研服务产品，并布局有基于AI机器学习算法的T-classifier®肿瘤早筛、单细胞测序、新抗原、TCR和抗体发现等平台管线。目前为止发表了60余篇论文，其中包括：The New England Journal of Medicine(IF:158.5), The Lancet(IF:98.4), Nature(IF:65), Signal Transduction and Targeted Therapy(IF:40), Cellular and Molecular Immunology(IF:24), Nature Communications (IF:17)等多篇高分杂志。公司构建几十项发明专利和软件著作权为核心的自主知识产权体系，为医院临床、生命科学研究、新药开发等提供解决方案和产品。艾沐蒽专注于通过解码适应性免疫系统来改变疾病的诊断和治疗，并致力于推进免疫驱动医学领域发展。
