研究收集了来自细胞和临床试验的数据，基于系统定量药理学和主体建模（agent-based）方法，建立了三个模型平台，分别是基础模型（base model）, 体外模型（in vitro model）和体内模型（in vivo model）来模拟体外和病人体内由双特异性抗体介导的免疫突触的动态变化以及对肿瘤细胞的杀灭作用（图1）。基础模型将免疫突触的形成分为三个主要的步骤：（1）双特异性抗体与单个抗原分别自由结合成“二聚体”并达到稳态（解离常数Kd）；（2）效应细胞和靶细胞的相遇（相遇概率Pe）；（3）细胞上的“二聚体”与对面细胞上的抗原形成“三聚体”并介导免疫突触的形成(黏合概率Pa)（图1b）。

图1 细胞试验以及模型概述

（图源：Can L, et al., eLife, 2023）

基础模型建立所需的体外数据主要是免疫突触的动态变化。研究者将效应细胞(CD3+)，靶细胞(CD19+)和anti-CD3/CD19双特异性抗体共培养，用成像流式细胞仪定量测定双特异性抗体介导的免疫突触（图1a和2a），并研究了影响免疫突触形成的关键因素，如药物浓度、培养时间、抗原表达量、细胞密度、效应细胞与靶细胞的比例等（图2b-i）。运用基础模型，研究者拟合了在各种因素变化条件下的免疫突触的动态变化，与观测值非常接近，特别是成功模拟了随着药物浓度变化的“钟形”曲线（图2b）。这说明模型能够较好地描述免疫突触的形成机制并解释和预测各种因素变化的影响。

图2 基础模型模拟双特异性抗体介导的免疫突触

（图源：Can L, et al., eLife, 2023）

体外模型是用于模拟在较长时间维度下（如72小时）由双特异性抗体介导的免疫突触的动态变化以及对肿瘤细胞的杀灭作用。在体内模型的基础上，体外模型引入了突触的解离以及效应细胞重新结合新的靶细胞的过程（图3a）。研究者用体外模型模拟了各种因素对靶细胞表面CD19随时间不断丢失的影响（图3c和d），探索了细胞密度以及CD19表达的变化对靶细胞凋亡的影响，提出了某些器官，例如骨髓和其他非淋巴器官可能是肿瘤细胞免疫逃逸“庇护所”。

图3 体外模型模拟CD19丢失以及细胞密度对靶细胞凋亡的影响

（图源：Can L, et al., eLife, 2023）

最后，研究者用体内模型来模拟人体内免疫突触的动态变化以及对肿瘤细胞的杀灭作用。在体外模型的基础上，体内模型将人体分为不同的“器官房室”，淋巴细胞在各房室之间通过血液进行循环，并结合了病人特有的参数（如淋巴细胞密度，抗原表达量，药物分布等）(图4a)。研究者成功拟合了来自双特异性抗体临床试验患者血液中B细胞浓度随时间的变化（图4b-e）， 并探索了CD19表达的变化以及B细胞在各器官的分布（图4f-h），进一步阐明：（1）CD19丢失是导致患者耐药的可能机制；（2）骨髓和其他非淋巴器官可作为低CD19表达的B细胞庇护所。此外，研究者还利用体内模型优化了临床给药方案。

图4 体内模型模拟临床患者体内双特异性抗体对肿瘤B细胞的杀灭作用

（图源：Can L, et al., eLife, 2023）