可切換CAR、邏輯閘控細胞迴路、體內CAR程式設計和下一代免疫工程－技術、研發管線和市場展望（2025-2045）

摘要整理/概述

可程式細胞療法 (PCT) 已從靜態的單抗原CAR-T細胞發展到類似軟體的免疫細胞，其行為可在體內開啟/關閉、重定向、組合或重新編程。此技術堆疊包含以下要素：

• 可切換CAR（藥物或適配器特異性開啟/關閉調控；使用可溶性適配器（如scFv-Fc、Fab和標記配體）的通用CAR）。
• 使用SynNotch的邏輯閘迴路（與、或、非、與非）、分裂CAR、與閘控受體、抑制性CAR (iCAR) 和microRNA標靶脫遮蔽技術。
• 體內程式設計（將LNP/VLP特異性CAR盒直接送至T/NK細胞；瞬時RNA CAR；造血組織內的原位重編程）。
• 自體T細胞以外的其他細胞類型（異體/現成T細胞、NK細胞、巨噬細胞/單核細胞（CAR-M）、YδT細胞、不變NKT細胞）。
• 安全性調控（藥物誘發的自殺開關、蛋白酶 "安全帽" 、細胞激素抑制劑、可活化的基因迴路）。
• 微環境控制（顯性負性TGFBR2、IL-12/IL-18/IL-7/CCL19等增強細胞激素、CXCR4/CXCR5歸巢編輯、基質降解模組）。
• 製造 2.0（封閉系統、非病毒轉導、TRAC/CCR5 中的 CRISPR/Prime 敲入、灌註生物反應器、自動化分析）。

重要性

• 實體腫瘤仍然是一個重大挑戰，可程式性是關鍵（抗原異質性、免疫抑制、轉運障礙）。
• 劑量調整和邏輯特異性毒性控制降低了 CRS/ICANS 的風險，並擴大了門診治療的範圍。
• 同種異體和體內方法（無需血球分離術、快速週轉、可擴展的成本）提高了成本效益和可及性。
• 精確的控制迴路使得在自體免疫疾病（CD19/BCMA 先例）、纖維化和傳染病等領域的擴展適應症成為可能。

市場展望（風險調整後）：2024 年約 60-80 億美元（主要為血液 CAR-T 療法），到 2035 年達到 40-600 億美元，到 2045 年達到 900-1300 億美元。成長推動因素包括：

• ・實體瘤領域首個成功的邏輯閘控療法
• 同種異體移植的持久性 + 低移植物抗宿主疾病 (GvHD) 發生率
• 體內 CAR 臨床驗證（可重複給藥的 RNA/VLP）
• 支付方對門診給藥和綜合療程支付的接受度

技術理解

1.控制層

• 輸入控制：適配器可調的通用CAR（例如，抗標籤CAR + 與任何抗原相容的可溶性 "橋接" 適配器），藥物誘導的開關（類利米妥沙司結構域，PROTAC降解子CAR），與小分子二聚化的分裂訊號結構域。
• 計算處理：SynNotch → CAR（在抗原A存在的情況下表達CAR-B），與門（需要兩個共受體），非門/iCAR（在正常組織抗原存在的情況下抑制），microRNA特異性去靶向（抑制健康組織中CAR的表達）。
• 輸出控制：細胞激素調控機制（可調IL-2/IL-12/IL-18）、趨化因子重編程（CXCR1/2/4/5）、代謝重設計（PDH/GLUT1調控）以及抗損耗編輯（PDCD1、TOX編程）。
• 安全機制：iCasp9自殺機制、FKBP/降解子降解標籤以及邏輯 "死亡開關" 。

2. 治療方式與細胞類型

• T細胞（自身和異體）、NK細胞（KIR/KLRC邏輯、ADCC協同作用）、CAR-M細胞（天然吞噬作用+抗原呈現）、YδT細胞、iNKT細胞和Treg細胞（自身耐受性）。
• 體內程式設計：將LNP-mRNA CAR轉導至循環T/NK細胞；將病毒樣顆粒（VLP）特異性基因寫入器轉導至造血細胞亞群；瞬時RNA-CAR給藥。
• 插入位點：TRAC（均勻表達，降低持續訊號傳導）、CCR5、Rosa26；非病毒敲入（CRISPR/prime編輯器；轉座酶HELIX/piggyback）。

3. 實體腫瘤工具包

• 多重抗原標靶（CLDN18.2、GD2、HER2-low、EGFRvIII、MUC1*、GPC3、間皮素、PSMA、B7-H3）。
• 腫瘤微環境（TME）重塑：肝素酶、透明質酸酶模組；基質感應SynNotch；顯性負性TGFBR2；CAR-M的CD47/SIRPa檢查點。
• 遞送：響應腫瘤分泌物進行趨化因子受體編輯；溶瘤病毒預處理；局部給藥（胸膜內、肝內）。

目錄

第一章：引言與範圍

• 可程式細胞療法 (PCT) 的定義
• 從固定 CAR-T 到軟體定義細胞療法
• 研究方法、資料集與證據分級

第二章：細胞工程架構

• CAR 設計基礎回顧
• 可切換 CAR
• 邏輯閘電路
• 裝甲車輛和可變電阻器
• 安全框架
• 工業 2.0

第三章：細胞類型和比較生物學

• 自身 αB T 細胞
• 同種異體 T 細胞（TCR 敲除，HLA-E/CIITA 編輯）
• NK 細胞（中樞神經系統穿透，自然活化）
• CAR-巨噬細胞（吞噬作用，抗原呈現，基質編輯）
• YδT 和 iNKT 細胞（MHC 非依賴性辨識）
• Treg 細胞在自體免疫和移植耐受性中的編程

第四章：體內程式設計

• LNP-mRNA CAR 遞送至循環淋巴球
• VLP 介導的基因插入 - 無病毒編輯器
• 瞬時 RNA-CAR 和基因組 CAR（PK/PD，可重複使用性）
• 器官標靶遞送（肝臟、肺、淋巴組織）
• 體內細胞的調控與 CMC 影響治療

第五章：標靶圖譜與適應症圖譜

• 造血系統惡性腫瘤：骨癒合與復發預防
• 實體腫瘤：多重抗原、局部給藥、腫瘤微環境防禦
• 自體免疫疾病（CD19、BCMA、CD5、CD45 路徑標靶）
• 纖維化和器官修復鄰近標靶（實驗性）
• 傳染病（HBV cccDNA 微環境、HIV 病毒庫 - 研究）

第六章：臨床發展概況

• 全球研發管線概覽（自體移植與異體移植、T/NK/M 細胞療法、體內 CAR）
• 已註冊項目和重點項目
• 邏輯和可切換架構的早期訊號解讀
• 安全性學習（CRS/ICANS、標靶脫靶效應、Allorisk）

第七章：競爭與交易格局

• 許可熱力圖
• 併購展望

第八章：預測與情境（2025-2045）

第九章：附錄

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