可切换CAR、逻辑闸控细胞迴路、体内CAR程式设计和下一代免疫工程－技术、研发管线和市场展望（2025-2045）

摘要整理/概述

可程式细胞疗法 (PCT) 已从静态的单抗原CAR-T细胞发展到类似软体的免疫细胞，其行为可在体内开启/关闭、重定向、组合或重新编程。此技术堆迭包含以下要素：

• 可切换CAR（药物或适配器特异性开启/关闭调控；使用可溶性适配器（如scFv-Fc、Fab和标记配体）的通用CAR）。
• 使用SynNotch的逻辑闸迴路（与、或、非、与非）、分裂CAR、与闸控受体、抑制性CAR (iCAR) 和microRNA标靶脱遮蔽技术。
• 体内程式设计（将LNP/VLP特异性CAR盒直接送至T/NK细胞；瞬时RNA CAR；造血组织内的原位重编程）。
• 自体T细胞以外的其他细胞类型（异体/现成T细胞、NK细胞、巨噬细胞/单核细胞（CAR-M）、YδT细胞、不变NKT细胞）。
• 安全性调控（药物诱发的自杀开关、蛋白酶 "安全帽" 、细胞激素抑制剂、可活化的基因迴路）。
• 微环境控制（显性负性TGFBR2、IL-12/IL-18/IL-7/CCL19等增强细胞激素、CXCR4/CXCR5归巢编辑、基质降解模组）。
• 製造 2.0（封闭系统、非病毒转导、TRAC/CCR5 中的 CRISPR/Prime 敲入、灌註生物反应器、自动化分析）。

重要性

• 实体肿瘤仍然是一个重大挑战，可程式性是关键（抗原异质性、免疫抑制、转运障碍）。
• 剂量调整和逻辑特异性毒性控制降低了 CRS/ICANS 的风险，并扩大了门诊治疗的范围。
• 同种异体和体内方法（无需血球分离术、快速週转、可扩展的成本）提高了成本效益和可及性。
• 精确的控制迴路使得在自体免疫疾病（CD19/BCMA 先例）、纤维化和传染病等领域的扩展适应症成为可能。

市场展望（风险调整后）：2024 年约 60-80 亿美元（主要为血液 CAR-T 疗法），到 2035 年达到 40-600 亿美元，到 2045 年达到 900-1300 亿美元。成长推动因素包括：

• ・实体瘤领域首个成功的逻辑闸控疗法
• 同种异体移植的持久性 + 低移植物抗宿主疾病 (GvHD) 发生率
• 体内 CAR 临床验证（可重复给药的 RNA/VLP）
• 支付方对门诊给药和综合疗程支付的接受度

技术理解

1.控制层

• 输入控制：适配器可调的通用CAR（例如，抗标籤CAR + 与任何抗原相容的可溶性 "桥接" 适配器），药物诱导的开关（类利米妥沙司结构域，PROTAC降解子CAR），与小分子二聚化的分裂讯号结构域。
• 计算处理：SynNotch → CAR（在抗原A存在的情况下表达CAR-B），与门（需要两个共受体），非门/iCAR（在正常组织抗原存在的情况下抑制），microRNA特异性去靶向（抑制健康组织中CAR的表达）。
• 输出控制：细胞激素调控机制（可调IL-2/IL-12/IL-18）、趋化因子重编程（CXCR1/2/4/5）、代谢重设计（PDH/GLUT1调控）以及抗损耗编辑（PDCD1、TOX编程）。
• 安全机制：iCasp9自杀机制、FKBP/降解子降解标籤以及逻辑 "死亡开关" 。

2. 治疗方式与细胞类型

• T细胞（自身和异体）、NK细胞（KIR/KLRC逻辑、ADCC协同作用）、CAR-M细胞（天然吞噬作用+抗原呈现）、YδT细胞、iNKT细胞和Treg细胞（自身耐受性）。
• 体内程式设计：将LNP-mRNA CAR转导至循环T/NK细胞；将病毒样颗粒（VLP）特异性基因写入器转导至造血细胞亚群；瞬时RNA-CAR给药。
• 插入位点：TRAC（均匀表达，降低持续讯号传导）、CCR5、Rosa26；非病毒敲入（CRISPR/prime编辑器；转座酶HELIX/piggyback）。

3. 实体肿瘤工具包

• 多重抗原标靶（CLDN18.2、GD2、HER2-low、EGFRvIII、MUC1*、GPC3、间皮素、PSMA、B7-H3）。
• 肿瘤微环境（TME）重塑：肝素酶、透明质酸酶模组；基质感应SynNotch；显性负性TGFBR2；CAR-M的CD47/SIRPa检查点。
• 递送：响应肿瘤分泌物进行趋化因子受体编辑；溶瘤病毒预处理；局部给药（胸膜内、肝内）。

目录

第一章：引言与范围

• 可程式细胞疗法 (PCT) 的定义
• 从固定 CAR-T 到软体定义细胞疗法
• 研究方法、资料集与证据分级

第二章：细胞工程架构

• CAR 设计基础回顾
• 可切换 CAR
• 逻辑闸电路
• 装甲车辆和可变电阻器
• 安全框架
• 工业 2.0

第三章：细胞类型和比较生物学

• 自身 αB T 细胞
• 同种异体 T 细胞（TCR 敲除，HLA-E/CIITA 编辑）
• NK 细胞（中枢神经系统穿透，自然活化）
• CAR-巨噬细胞（吞噬作用，抗原呈现，基质编辑）
• YδT 和 iNKT 细胞（MHC 非依赖性辨识）
• Treg 细胞在自体免疫和移植耐受性中的编程

第四章：体内程式设计

• LNP-mRNA CAR 递送至循环淋巴球
• VLP 介导的基因插入 - 无病毒编辑器
• 瞬时 RNA-CAR 和基因组 CAR（PK/PD，可重复使用性）
• 器官标靶递送（肝臟、肺、淋巴组织）
• 体内细胞的调控与 CMC 影响治疗

第五章：标靶图谱与适应症图谱

• 造血系统恶性肿瘤：骨癒合与復发预防
• 实体肿瘤：多重抗原、局部给药、肿瘤微环境防御
• 自体免疫疾病（CD19、BCMA、CD5、CD45 路径标靶）
• 纤维化和器官修復邻近标靶（实验性）
• 传染病（HBV cccDNA 微环境、HIV 病毒库 - 研究）

第六章：临床发展概况

• 全球研发管线概览（自体移植与异体移植、T/NK/M 细胞疗法、体内 CAR）
• 已註册项目和重点项目
• 逻辑和可切换架构的早期讯号解读
• 安全性学习（CRS/ICANS、标靶脱靶效应、Allorisk）

第七章：竞争与交易格局

• 许可热力图
• 併购展望

第八章：预测与情境（2025-2045）

第九章：附录

Executive Summary / Description

Programmable cell therapies (PCT) move beyond static, single-antigen CAR-T toward software-like immune cells whose behavior can be turned on/off, re-routed, combined, or rewritten in vivo. The stack spans:

• Switchable CARs (drug- or adaptor-titrated on/off; universal CARs using soluble adaptors such as scFv-Fc, Fabs, or tagged ligands).
• Logic-gated circuits (AND, OR, NOT, NAND) using SynNotch, split CARs, AND-gate receptors, inhibitory CARs (iCARs), and microRNA target de-masking.
• In-vivo programming (LNP/VLP delivery of CAR cassettes directly to T/NK cells; transient RNA CARs; hematopoietic in-situ reprogramming).
• Cell types beyond autologous T (allogeneic/"off-the-shelf" T; NK, macrophage/monocyte (CAR-M), YδT, invariant NKT).
• Safety governance (drug-inducible suicide switches, protease "safety caps", cytokine rheostats, kill-switchable gene circuits).
• Microenvironment mastering (dominant-negative TGFBR2, armored cytokines like IL-12/IL-18/IL-7/CCL19, CXCR4/CXCR5 homing edits; matrix-degrading modules).
• Manufacturing 2.0 (closed systems, non-viral integration, CRISPR/Prime knock-ins at TRAC/CCR5, perfusion bioreactors, automated analytics).

Why it matters

• Solid tumors remain the big prize; programmability is the unlock (antigen heterogeneity, immune suppression, trafficking barriers).
• Toxicity control via dosing knobs & logic reduces CRS/ICANS risk and broadens outpatient delivery.
• Cost & access improve through allogeneic and in-vivo approaches (no apheresis, faster turnaround, scalable COGS).
• Label expansion in autoimmunity (CD19/BCMA precedents), fibrosis, and infectious disease becomes credible with precise control circuits.

Market outlook (risk-adjusted): from ~$6-8B in 2024 (largely heme CAR-T) to $40-60B by 2035 and $90-130B by 2045, with upside contingent on:

• First logic-gated solid-tumor wins,
• Allogeneic persistence + low GvHD profile,
• In-vivo CAR clinical validation (redoseable RNA/VLP),
• Payer acceptance of ambulatory administration & bundled episode payments.

Technology Understanding

1) Control Layers

• Input control: adaptor-titrated universal CARs (e.g., anti-tag CAR + soluble "bridging" adaptors to any antigen), drug-inducible on/off switches (rimiducid-like domains, PROTAC-degron CARs), split signal domains that dimerize with small molecules.
• Computation: SynNotch -> CAR (IF Antigen A THEN express CAR-B), AND-gate (two co-receptors required), NOT-gate/iCAR (suppress if normal-tissue antigen present), microRNA de-targeting (silence CAR in healthy tissues).
• Output shaping: cytokine rheostats (tunable IL-2/IL-12/IL-18), chemokine rewiring (CXCR1/2/4/5), metabolic rewrites (PDH/GLUT1 tuning), exhaustion-resistant edits (PDCD1, TOX programs).
• Failsafes: iCasp9 suicide, FKBP/Degron degradation tags, logic "dead-man" switches.

2) Modalities & Cell Types

• T cells (auto & allo), NK (KIR/KLRC logic, ADCC synergy), CAR-M (innate phagocytosis + antigen presentation), YδT, iNKT, Treg (autoimmune tolerance).
• In-vivo programming: LNP-mRNA CAR to circulating T/NK; VLP-delivered gene writers to hematopoietic subsets; transient RNA-CAR dosing.
• Insertion sites: TRAC (uniform expression, reduced tonic signaling), CCR5, Rosa26; non-viral knock-ins (CRISPR/prime editors; transposase HELIX/piggyBac).

3) Solid-Tumor Toolkit

• Multi-antigen targeting (CLDN18.2, GD2, HER2-low, EGFRvIII, MUC1*, GPC3, mesothelin, PSMA, B7-H3).
• TME remodeling: heparanase, hyaluronidase modules; matrix-sensing SynNotch; dominant-negative TGFBR2; CD47/SIRPa checkpoint for CAR-M.
• Trafficking: chemokine receptor edits to match tumor secretome; oncolytic-virus pre-conditioning; regional delivery (intra-pleural, intra-hepatic).

Table of Content

1. Introduction & Scope

• 1.1 Definition of Programmable Cell Therapies (PCT)
• 1.2 From fixed CAR-T -> software-defined cell drugs
• 1.3 Methodology, datasets, evidence grading

2. Cell Engineering Architecture

• 2.1 CAR design basics refresher
• 2.2 Switchable CARs
• 2.3 Logic-gated circuits
• 2.4 Armored CARs & rheostats
• 2.5 Safety frameworks
• 2.6 Manufacturing 2.0

3. Cell Types & Comparative Biology

• 3.1 Autologous aB T cells
• 3.2 Allogeneic T cells (TCR knockout; HLA-E/CIITA edits)
• 3.3 NK cells (CNS penetration potential; innate activation)
• 3.4 CAR-Macrophages (phagocytosis, antigen presentation, stromal editing)
• 3.5 YδT and iNKT (MHC-independent recognition)
• 3.6 Treg programming for autoimmunity & transplant tolerance

4. In-Vivo Programming

• 4.1 LNP-mRNA CAR delivery to circulating lymphocytes
• 4.2 VLP-mediated gene insertion; viral-free editors
• 4.3 Transient RNA-CAR vs genomic CAR (PK/PD, redoseability)
• 4.4 Organ-targeted delivery (liver, lung, lymphoid tissues)
• 4.5 Regulatory and CMC implications of in-vivo cell therapy

5. Target & Indication Maps

• 5.1 Hematologic malignancies - consolidation & relapse prevention
• 5.2 Solid tumors - multi-antigen, regional delivery, TME defenses
• 5.3 Autoimmunity (CD19, BCMA, CD5, CD45 pathfinding)
• 5.4 Fibrosis & organ repair adjacencies (experimental)
• 5.5 Infectious diseases (HBV cccDNA niches, HIV reservoirs - research)

6. Clinical Development Landscape

• 6.1 Global pipeline census (auto vs allo; T/NK/M; in-vivo CAR)
• 6.2 Registrational & pivotal programs
• 6.3 Early-signal readouts for logic & switchable constructs
• 6.4 Safety learning (CRS/ICANS, on-target off-tumor, allo risks)

7. Competitive & Deal Landscape

• 7.1 Licensing heatmap
• 7.2 M&A outlook

8. Forecasts & Scenarios (2025-2045)

• 8.1 TAM/SAM for heme, solid, autoimmune
• 8.2 Base/Bull/Bear adoption curves
• 8.3 Share shift: auto -> allo -> in-vivo

9. Appendix