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继《Nature Nanotech》突破后再发子刊!高金明团队疫苗佐剂最新进展

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高分子科学前沿 2020-11-27 11:22

由于人体生理环境为微酸性,具有pH敏感性聚合物和纳米颗粒(NPs)已经被广泛地用于药物传递和成像等临床应用中。然而对于蛋白质代谢等许多生理过程来说,pH值仅在微小范围内变化,小分子或非协同反应的pH敏感性聚合物均不足以响应这些微妙的pH差异。

德克萨斯大学西南医学中心高金明教授团队一直致力于开发可协调的pH超敏感(ultra-pH sensitive, UPS)聚合物,具有协同反应的UPS材料能够将细微和渐进的生物变异转化为稳健的输出,从而提高诊断和治疗结果的精确度。所研制出的PC7A聚合物纳米颗粒可以作为疫苗佐剂,结合并激活干扰素基因刺激物(STING),显著提高了抗肿瘤免疫力(Nat. Nanotech. 2017, 12, 648-654)。然而,PC7A聚合物在体内不可降解,多次给药会在体内大量积累而产生毒性,限制了此类疫苗佐剂的临床转化。

在此基础上,近日,该团队以水解性聚碳酸酯为骨架、以可降解PSC7A聚合物为疫苗佐剂,成功构建了一系列可降解的超pH敏感(degradable ultra-pH sensitive, dUPS)聚合物。PSC7A的不同烷基侧链和质子化叔胺赋予聚合物pH超敏感性和可调节的pH转变点,不仅保持了原有的pH超敏感性、抗原呈递和抗肿瘤免疫,dUPS可降解性还有效减小了系统毒性,从而达到有效抑制肿瘤生长和改善治疗范围的效果。该项研究成果以题为“Polycarbonate-based ultra-pH sensitive nanoparticles improve therapeutic window”发表在《Nature Communications》上。

【dUPS聚合物合成路线】

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图1. dUPS聚合物合成路线和胶束诱导的超ph敏感性。

如图1a所示,经开环聚合和巯基-烯反应制得一系列具有不同叔胺侧链的dUPS聚合物 (PEO-b-P(MAC-SRHCl))。酸碱滴定实验观察到dUPS聚合物具有超ph敏感性和较强的缓冲能力(图1b)。DLS和TEM表征发现,当质子化程度大于临界胶束化质子化程度(CMPD = 90%)时,PSC7A为小于10 nm的单链,当质子化程度小于CMPD时,PSC7A逐渐形成胶束(图1c-e),因此胶束化相变是协同pH响应的驱动力。

【dUPS聚合物肿瘤治疗】

图2. 小鼠体内PSC7A疫苗免疫刺激性实验。

等温滴定热法(ITC)实验和干扰素(IFN)诱导THP1-ISG细胞水平验证了PSC7A对STING的高亲和力,因此PSC7A可以用作疫苗佐剂,诱导免疫反应。

小鼠实验发现经PSC7A注射后,CD80 + DCs和E7 tetramer + CD8 + T 细胞水平显著增加,有力证明了PSC7A的抗肿瘤能力(图2)。

图3. PSC7A疫苗有效治疗各种肿瘤。

基于以上实验结果,作者采用人乳头状瘤病毒(HPV)E6/7 TC-1肿瘤和B16F10黑素瘤两种肿瘤模型来验证PSC7A的抗癌疗效。实验结果表明PSC7A疫苗均有效抑制了两种肿瘤的生长,延长了小鼠寿命,其中在TC-1模型中,低剂量PSC7A可以使50%的小鼠在植瘤后50天内保持无肿瘤状态,而高剂量PSC7A可以使小鼠完全存活,而且PSC7A与免疫检验点抑制剂具有协同抗癌效应(图3)。

【dUPS聚合物安全性评估】

图4. PSC7A疫苗短期安全性评估。

为了评估PSC7A疫苗反复给药的安全性,将高剂量PSC7A和PC7A疫苗分别注入小鼠体内,并连续观察60天。如图4所示,肾脏和肝脏在注射PSC7A疫苗1天后没有任何毒性,并且在注射部位观察到较大的急性炎症反应,这可能是先天免疫刺激所造成。组织学分析观察到,随着时间的推迟,PSC7A组小鼠皮下结节面积逐渐减小,约在13天左右缩小到一半,并在第60天完全消失,而PC7A组小鼠皮下依然存在小而硬的黄色结节(图5)。以上结果有力证明了PSC7A在体内可以完全降解,显著提高了其安全性和生物相容性。

图5. PSC7A疫苗长期安全性评估。

总结:综上所述,作者系统阐述了一系列可降解的超pH敏感聚合物(dUPS)的制备、表征、免疫分析、肿瘤治疗和安全性评估。dUPS不仅提高了安全性和肿瘤治疗功效,也丰富了pH敏感性纳米材料库,为微妙和渐进的生物变异的诊断和治疗提供了新机遇。

来源:高分子科学前沿

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