近年來,免疫治療逐漸興起,成為與手術、放療和化療并重的新一代腫瘤療法。然而,受到腫瘤微環境(TME)中多種免疫抑制因素的影響,單一模態的免疫療法往往無法產生強有力的抗腫瘤免疫反應,治療效果有限。因此,深入挖掘腫瘤的發生發展機制,針對TME的特點,發展更為高效的聯合免疫治療方法十分重要。納米藥物遞送系統的快速發展為聯合免疫治療提供了諸多機遇。其中,錳基納米材料受到廣泛關注。含錳化合物,如二氧化錳(MnO2)可以對TME高含量的谷胱甘肽(GSH)、過氧化氫(H2O2)和弱酸性 pH作出響應,產生Mn2+實施基于類芬頓反應的化學動力學治療,催生腫瘤細胞免疫原性死亡(ICD),實現TME調節和磁共振(MR)成像。同時,Mn2+也對抗腫瘤免疫中的cGAS-STING通路具有重要激活作用,具有免疫激活劑的功能。因此,設計合適的納米藥物遞送系統集成Mn的多重功能,有望實現強效的抗腫瘤免疫治療。
近期,基于第五代聚酰胺-胺樹狀大分子,團隊構建了一種表面修飾聚乙二醇和苯硼酸,內部包裹MnO2納米顆粒的樹狀大分子(MnO2@G5-mPEG-PBA,簡稱MGPP),并以其為載體構建了天然酶葡萄糖氧化酶(GOx)和STING激動劑環二核苷酸cGAMP的共遞送系統(圖1a)。該體系有效集成了Mn的多重功能,在進行腫瘤局部給藥后,能夠在TME中釋放出Mn2+,實施腫瘤的MR成像,并與天然酶和環二核苷酸的功能產生良好協同作用,通過化學動力學/饑餓/免疫治療三重激活全身性抗腫瘤免疫反應(圖1b)。
圖1. (a)MGPP 的合成路線及負載GOx和(b)cGAMP用于聯合治療的示意圖。
研究團隊建立了小鼠雙側皮下CT26結直腸癌腫瘤模型,按圖3a所示時間線進行了抗腫瘤實驗評價。實驗結果發現,21天的實驗周期內各實驗組小鼠體重緩慢增長,各組別之間無明顯差異,表明材料注射后均不存在明顯的系統毒性(圖3b)。通過監測腫瘤體積變化,發現瘤內注射MGPP/GOx + cGAMP能顯著抑制小鼠原發腫瘤的生長,腫瘤抑制率(TSR)高達 99.2%(圖3c)。從各組荷瘤小鼠的個體原發腫瘤生長曲線(圖3d)、遠端腫瘤生長曲線(圖3e)和治療最后一天的照片(圖3f)可以更為直觀地看出,相比于其他實驗組,經MGPP/GOx + cGAMP 治療后,小鼠的原發和遠端腫瘤幾乎完全消退,小鼠的總體存活率大大提升,所有的小鼠存活時間均能達到120天。與此同時,團隊使用單側荷瘤小鼠模型,驗證了共遞送體系的體內MR成像效果。對荷瘤小鼠注射與抗腫瘤實驗中相同劑量的MGPP/GOx + cGAMP后,能觀測到腫瘤部位的MR信號明顯增強(圖3g),且注射30分鐘后腫瘤部位信噪比即達到峰值(圖3h),表明共遞送體系在腫瘤部位能夠快速釋放Mn2+離子,實施MR成像監測。
圖3.(a)小鼠雙側 CT26 腫瘤建立和抗腫瘤實驗評價流程示意圖。(b)腫瘤小鼠經不同材料處理后的 TSR、(c)體重變化、(d)原發腫瘤和(e)遠端腫瘤體積變化。(e)中插圖顯示120 天后各組小鼠的存活數量。(f)各組荷瘤小鼠在治療21天后的代表性照片,腫瘤照片中右邊為原發腫瘤,左邊為遠端腫瘤。比例尺 = 1 厘米。荷瘤小鼠腫瘤局部注射MGPP/GOx + cGAMP后不同時間點的(g)T1 MR成像偽彩圖和(h)信噪比值。
圖4. 各實驗組小鼠原發腫瘤切片的代表性(a)TUNEL、(b)H&E 和(c)CRT 染色圖片。比例尺 = 100 μm。(d)各實驗組小鼠原發腫瘤中 STING、p-STING、TBK1、p-TBK1、IRF-3 和 p-IRF3 表達水平的 Western Blot分析及(e)蛋白表達定量結果圖。各實驗組小鼠血清中(f)TNF-α、(g)IL-6 和(h)IFN-γ的ELISA檢測結果。
為驗證小鼠系統性抗腫瘤免疫反應的激活,團隊進一步對各實驗組小鼠脾臟T細胞群進行了流式分析,并對小鼠腫瘤和瘤周淋巴結組織進行了免疫熒光染色。實驗結果表明,相比于其他實驗組,經過共遞送體系局部治療后的小鼠脾臟中分布有最多的CD8+ T細胞和最少的免疫抑制型Treg細胞,原發腫瘤組織中具有顯著多的T細胞浸潤和抗腫瘤M1表型巨噬細胞分布,淋巴結中也觀測到更多的成熟樹突細胞,驗證了系統性抗腫瘤免疫反應的產生。同時,通過體內安全性評價,團隊發現該體系介導的腫瘤局部治療安全性好,不會過多地蓄積于主要臟器及產生不良影響,有望發展成為一種安全高效的免疫治療策略。
論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08174
- 東華大學史向陽教授團隊:外泌體包裹的響應性樹狀大分子納米凝膠可實現急性肺損傷的免疫調節和抗氧化聯合治療 2025-05-15
- 東華大學沈明武/史向陽團隊《Acta Biomater.》:含磷樹狀大分子介導的生物礦化用于協同的腫瘤阻斷治療與乏氧激活化療 2025-04-28
- 東華大學史向陽教授團隊 Nano Today:基于含磷樹狀大分子的藥物遞送系統協同增強自噬、抗炎和抗氧化治療阿爾茨海默癥 2025-02-11
- 東華大學沈明武研究員/史向陽教授團隊:銅摻雜層狀雙金屬氫氧化物共遞送蛋白/藥物調控腫瘤雙重代謝實現級聯的化學動力學/免疫治療 2025-02-08
- 東華大學史向陽教授團隊 JCIS:電噴霧制備核殼微球共遞送纖連蛋白與白藜蘆醇協同治療急性肺損傷 2025-02-04
- 東華大學沈明武/史向陽Biomaterials:具有生物活性的含磷樹狀大分子共遞送蛋白質/藥物用于巨噬細胞重編程增強骨關節炎治療 2024-12-09
- 東華大學史向陽教授團隊:微流控合成纖連蛋白包覆的聚多巴胺納米復合物用于自補充腫瘤微環境調節和MR成像引導下的三模態聯合治療 2023-06-01