LUMICKS z-Movi 细胞复合亲合力分析仪

产品介绍 | 2026.05.19

📚 官方文献列表：https://www.lumicks.com/dynamic-single-molecule/publications?sort_date=desc

一、细胞免疫治疗概述

什么是细胞免疫治疗？

利用某些具有特定功能的细胞（T、NK等），采用生物工程方法获取和/或通过体外扩增、特殊培养等处理后，使这些细胞具有增强免疫、杀死病原体和肿瘤细胞、促进组织器官再生和机体康复等治疗功效，从而达到治疗疾病的目的。

CAR-T（嵌合抗原受体T细胞免疫疗法）：CAR相当于一个定位导航装置，通过基因工程技术将T细胞激活并装上定位导航装置CAR，专门识别体内肿瘤细胞并通过免疫作用释放大量多种效应因子，高效地杀灭肿瘤细胞，从而达到治疗恶性肿瘤的目的。

T细胞杀伤机制

抗肿瘤反应是由发生在T细胞与肿瘤细胞之间界面上的一系列相互作用所驱动的，通过形成一个强大而成熟的免疫突触，T细胞复合亲合力能够驱动对肿瘤细胞的杀伤作用。

⚠️ 目前我们还缺乏能够精确研究这一过程或预测这种反应结果的技术。

细胞治疗现状与挑战

• 基于细胞疗法最佳临床前设计和选择标准的工作仍在进行中
• 使用自体细胞治疗仍有困难：巨量的工作包括制备时间、财力精力耗费和生产质量
• 副作用：可导致严重的细胞因子风暴和神经毒性
• 目前应用于液体瘤，针对实体瘤治疗时大多失败
• 靶毒性以及脱靶效应
• 单靶点治疗常导致免疫逃逸和复发

寻找细胞免疫治疗最佳"Sweet Spot"

在免疫疗法中需要平衡的因素：

脱靶效应（off-target effects）：基因编辑工具（如CRISPR-Cas9、TALENs、ZFNs）在编辑特定位点时，意外地切割或修改了非目标DNA序列，可能导致意外的基因突变或功能改变，影响研究结果或治疗效果，并可能引发安全性问题。

核心问题

我们是否有正确的工具来有效地选择最好、最有效的候选物？

二、核心概念：从Affinity到Avidity

亲和力（Affinity）的局限性

SPR（表面等离子体共振）：在抗体结合亲和力上，有对数级别差异的TCR-pMHC对，其功能（EC50）无明显差异。KD较高的TCR-pMHC相互作用实际上并不驱动T细胞功能的改善（斯坦福大学）。

四聚体染色：两个TCR对一个特异性HIV多肽表现出相同的四聚体染色，但当观察TCR与多肽的活化反应时，TCR589是有功能的，而TCR55是没有功能的。

📌 结论：无法根据TCRs的结合特性来预测T细胞的功能。

SPR测定的亲和力不能预测CAR-T细胞功能

比较FMC63和由其衍生的CAT（针对同一CD19表位）：

• SPR测出FMC63比CAT的亲和力高出40倍
• 结果却是低亲和力CAR (CAT) 具有更高的体外杀伤能力
• 在高亲和力CAR只能减缓肿瘤负担时，低亲和力的CAR可以非常显著地杀死肿瘤

📌 目前现状：CARs的分子亲和力无法预测CAR-T细胞功能性

为什么需要新参数？

需要一个新参数——基于作用机理的参数优化，从 Molecular binding → Cellular binding & interaction。

细胞复合亲合力（Cellular Avidity）

Avidity：代表细胞表面所有相互作用力的总和，包括多种受体-配体 + 粘附因子 + 共刺激因子（即免疫突触的总和）。

只有在这种状态下，T细胞才能通过局部传递细胞毒性分子来执行杀伤。

行业需求

"Need for technology that allows predictive, reproducible, and fast measurements of cellular avidity of immune cells."

—— z-Movi® Cell Avidity Analyzer

三、z-Movi 技术原理

声力技术（Acoustic Force Technology）

z-Movi依赖于一个小型的微流体"芯片上的实验室"：

1. 将靶细胞接种在玻璃表面的底部
2. T细胞共培养在单层上
3. 共孵育后应用一个声力斜坡
4. 将细胞垂直拉向力为零的第一个声波节点（声波干涉力的零点）
5. 测量效应细胞被拉向声波节点时的效应强度

工作流程

数据输出

• 复合亲和力曲线：结合的T细胞百分比作为力函数（NTD阴性对照）
• 柱状图（Avidity Score）：结合T细胞在最小NTD-分离力作用下的百分比（NTD归一化处理后，判断是阴性对照的倍数）
• 小提琴点状图：单细胞分辨率下分离效应细胞所需的力（被吹起的T细胞数量）

分辨率与重现性

TCR1与TCR2：针对同一靶点和类似HLA限制的两种不同TCR，二者显示出明显的结合特征，这是金标试验无法确定的。

• 3条细胞曲线，每条重复10次，分布在3个芯片上，跨越4天
• z-Movi可清晰检测出不同T细胞群之间复合亲合力的微小差异

灵敏度验证

将野生型Jurkat T细胞与Jurkat CAR-T细胞混合，在表达靶抗原的同一单层上测量细胞活力。

结合T细胞表达靶向单细胞层的抗原百分比与Jurkat CAR-T细胞群转导效率相关联。

• 不同转染效率 → 有效分辨出不同值
• n=2 chips, 6 runs, 2 days

四、应用场景

应用领域概览

z-Movi的核心价值

• 体外杀伤实验分辨不出的差异，z-Movi可以检测

应用案例1：CAR筛选（Leucid Bio / King's College London）

背景：开发新型CAR-T细胞，大量测试结果中发现现有多种测试结果相互不匹配。

目的：对用于临床试验的已知CAR进行改造，提升体内持久性和杀伤效果。

问题：常规试验显示结果不匹配，不得不进行长期体外杀伤或体内试验验证。

发现：

• 基于scFv的常规CAR拥有最高细胞复合亲合力，表面较低表达时出现较好杀伤力
• 非常规CAR的复合亲和力与各自CAR表达水平有关联
• Avidity比单独的Affinity更有价值，可以和体内杀伤效果联系在一起

应用案例2：Goldilocks区域（恰到好处的结合强度）

采用相同CAR组，使用z-Movi检测：

• 速度快很多（几小时 vs 至少三个月）
• 与体外杀伤实验呈现相似趋势
• 具有最好长期杀伤能力的CARs（CAR3、4、5）显示出中等的复合亲和力 → Goldilocks区域

结论：快速筛选细胞候选者，大大提高细胞治疗药物研发效率。中等的复合亲合力分数与改良的CAR-T细胞功能密切相关。

应用案例3：亲和力调谐的CAR-T（宾夕法尼亚大学医学院）

目的：经过亲和力调谐的CAR-T能够结合高抗原表达的靶细胞，而不会对低抗原表达的细胞造成毒性。

关键发现：

• 高抗原靶细胞上：低功能CAR-T结合下降50%，但仍特异性结合，功能表达正常
• 低抗原靶细胞上：高功能CAR仍可杀死细胞，但低功能CAR脱靶效应反而降低
• 无抗原靶细胞上：两者都不能很好识别

意义：低功能CAR可以更好地降低脱靶效应（保证基本细胞功能），相比毒性也更低。

应用案例4：体外杀伤 vs Avidity对比

• 高抗原表达细胞：低功能和高功能CAR杀伤差不多
• 低抗原表达细胞：低功能CAR杀伤力特别低，基本接近无毒状态
• **CAR-low（功能适中）**是理想候选：很好结合肿瘤细胞，不结合正常细胞
• 体外杀伤实验无法区分CAR-high和CAR-low对高抗原细胞的杀伤力
• F19对肿瘤杀伤好但结合正常细胞多，GOLDILOCKS CAR杀伤较弱但对正常细胞杀伤基本没有，毒性更低

在既要求功能又要求安全性上，选择功能适中的（Goldilocks）

应用案例5：TCR-T功能预测（Ludwig Institute / Irving et al.）

目的：研究复合亲合力与效应细胞功能的关系，寻找TCR-T功能的可靠读数。

• 高抗原-亲和力TCR优于低抗原-亲和力
• 但一旦打破最佳KD窗口，T细胞功能不断降低，出现负调节
• TCR-T与Affinity是抛物线关系

Avidity与功能的高度相关性：

• Avidity与T细胞激活（CD3 ZETA磷酸化）和杀伤效率都有很高相关性
• 与亲和力相比，Avidity是更准确预测TCR-T功能的参数
• affinity与avidity没有线性关系

应用案例6：KRAS G12D特异性TCR（NCI / NIH, Sim et al., PNAS 2020）

目的：利用z-Movi研究G12D特异性TCR对野生型KRAS或G12D KRAS突变多肽的复合亲合力。

• KD = 70nM / 36nM / 8nM 不同亲和力TCR比较
• 体内persistence与Avidity数据一致
• 最高Avidity决定最佳T细胞功能，而非最高TCR Affinity

应用案例7：CAR + CCR 共刺激受体（阿姆斯特丹大学医学中心, Katsarou & Themeli, Sci. Transl. Med. 2021）

目标：改造CAR-T针对低抗原表达肿瘤，利用CCR提升杀伤性和持久性。

• 引入CCR后，不管信号域如何，都显著增加靶肿瘤复合亲和力
• 与CAR-T细胞激活密切相关，Avidity值与功能相匹配
• 高细胞复合亲合力与高效应细胞功能相关
• 高Affinity的CCR让T细胞更好地主动募集粘附因子，增加Avidity和功能
• CCR-28BB（经过Affinity调谐）的体内杀伤效果表现最好

应用案例8：NK细胞功能预测（Glycostem Therapeutics）

• 比较"细胞复合亲合力"与"细胞杀伤力"数据
• 对K562高毒性的NK细胞对A375和SKMEL28杀伤能力也很强
• CAR-NK对Ag-pos细胞表现较高结合亲和力，Ag-阴性靶细胞无差异
• Avidity是预测NK细胞功能的可靠参数，与NK杀伤特性一致

应用案例9：双特异性抗体 bsAb（Betts and van der Graaf et al., Clin. Pharm. & Ther. 2020）

• 同时暴露bsAb和T细胞于靶单层更接近临床效果
• 抗体浓度过高 → 形成二聚体；浓度太低 → 只能结合一个靶点，阻断受体
• 浓度梯度Avidity测量确定bsAb最优化浓度
• QSP模型中加入Avidity测量可指导临床研究设计（预测临床起始剂量）

应用案例10：双靶向CAR-T（防止骨髓瘤抗原逃逸）

• 比较：双CAR、串联CAR、两个单独CAR
• 体内实验：两个CAR同时表达在一个T细胞中杀伤效果最好
• Avidity数据：双CAR表现最好 > 顺反子串联CAR > 单独CAR
• 双CAR组合可更好地避免肿瘤逃逸

应用案例11：实体瘤抵抗机制研究

问题：CAR-T不能杀死实体肿瘤，但细胞因子分泌和增殖与液体瘤相似。

• 大批量筛选发现**干扰素γ受体（IFNγR）**是关键因素
• 敲除IFNγR后，实体瘤对CAR-T抵抗能力提升，液体瘤中无此效果
• 结论：细胞粘连参与实体肿瘤逃逸

关键发现：

• IFNγR依赖的ICAM-1上调在增强CAR-T avidity和肿瘤杀伤方面至关重要
• 实体瘤中敲除IFNγR后，avidity下降 → 杀伤能力下降
• 回补ICAM-1后，avidity恢复至野生型水平
• CAR-T在实体肿瘤中的细胞毒性依赖于IFNγR信号，由细胞粘附介导
• IFNγR1 KO的GBM细胞暴露于CAR-T时，ICAM-1上调水平较低，与降低亲和性有关
• 实体肿瘤细胞需要CAR-T足够黏附 + IFNγ信号才能被杀死

五、产品优势总结

六、应用领域汇总

七、可解决的科研困难点

Cellular Avidity: The Biomarker for Immuno-Oncology

联系人｜李东伟
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