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上海药物所《Biomaterials》:一种新型治疗癌症的纳米平台!

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材料科学与工程 2021-01-17 23:27

编辑推荐:本文报道一种生物激发的肿瘤反应性治疗纳米载体(BTN),它具有显著的肿瘤穿透能力,可以缓解肿瘤中的严重免疫抑制,从而实现有效的肿瘤治疗。该设计为有效的癌症治疗,提供了一个具有显著免疫抑制缓解能力的纳米平台。

癌细胞与肿瘤中的多种抑制性免疫细胞、M2型肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),和未成熟/耐受性树突状细胞(DC))结合,会产生高度免疫抑制的微环境。肿瘤中强大的免疫抑制微环境是肿瘤治疗的一个关键挑战,而多种治疗药物对其的调节受到肿瘤内给药的限制。

中科院上海药物所张志文和李亚平研究员等研究人员,设计了一种生物激发的肿瘤反应性治疗纳米载体(BTN),它具有显著的肿瘤渗透能力,可以缓解肿瘤中的强大免疫抑制,从而实现有效的肿瘤治疗。相关论文以题为“Tumor-permeated bioinspired theranostic nanovehicle remodels tumor immunosuppression for cancer therapy”发表在Biomaterials上。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120609

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通过研究,BTN+L治疗具有良好的免疫抑制缓解作用,可刺激患者自身免疫系统杀伤癌细胞,或协同其他免疫检查点阻断抑制剂改善治疗效果。显然,在BTN中负载HPPH可以作为一个可观的成像探针来跟踪体内肿瘤靶向行为,并确定优化肿瘤治疗的时间/空间特征。

如图1所示,BTN是通过将肿瘤激活的蜂毒素前肽(TM)、光致变色(HPPH)的治疗探针和化学免疫调节剂吉西他滨(RG)的ROS反应性前药加载到基于生物激发的脂蛋白的纳米载体系统中开发的。

图1 BTN的制备过程,及其在改善肿瘤内渗透和缓解有效癌症治疗的肿瘤中的强大免疫抑制方面的效力的示意图。BTN是将D-TM、HPPH和RG负载于生物激发的脂蛋白纳米载体中,通过消除多种免疫抑制细胞,协同诱导细胞毒性的NK和CD8+T细胞在肿瘤中的浸润,达到免疫抑制的缓解效果。

根据HPPH的治疗特点,在CLSM下测定了4T1癌细胞、TAM和CAF对BTN和BN-H的摄取。从肿瘤组织中分离并通过流式细胞仪分析测定CAF,其表示为α-SMA+CD31-细胞。二者均被这些细胞广泛内化(图2A),BTN处理组的荧光强度远高于BN-H处理组(p<0.01).

图2 BTN的细胞摄取、细胞毒性和ICD诱导活性。(A) CLSM下4T1癌细胞、CAF和TAM中BN-H和BTN的细胞摄取,比例尺,20µm。(B) 4T1细胞中每次处理产生的的体外ROS,在荧光显微镜下表示为绿色信号,比例尺,200µm。(C)流式细胞仪分析每个处理产生的ROS。(D) 流式细胞仪定量分析4T1癌细胞活性氧的产生。(E) 每种治疗方法对4T1癌细胞的细胞毒性。(F) BTN介导的联合治疗对4T1癌细胞的细胞毒性。(G)用流式细胞仪分析各处理细胞表面CRT表达,比例尺,20µm.(H)各处理CRT阳性细胞百分率。*p<0.05,**p<0.01。(I) HMGB1释放。**p<0.01。(J) TP分泌。**p<0.01。(K)流式细胞仪分析对DC成熟的影响,其中成熟DC表示为CD11c+CD80+CD86+细胞。**p<0.01。

利用体内成像系统监测BTN和BN-H的HPPH荧光信号,在4T1诱导的肿瘤模型中测量BTN和对应的BN-H的体内肿瘤靶向行为。捕获的图像显示,在注射后的一定时间间隔内,可以很容易地在肿瘤部位检测到BTN和BN-H,且强度较强(图3A)。

图3 在4T1诱导的肿瘤模型中BTN的体内肿瘤靶向性、肿瘤内渗透性和癌细胞可及性。(A)体内成像系统检测BTN及其对应物BN-H的特异性肿瘤蓄积。(B) BTN和BN-H治疗组主要器官的离体显像。(C) BN-H和BTN在主要器官中的定量分布。*p<0.05。(D) 通过CLSM检测BN-H和BTN在整个肿瘤肿块中的肿瘤内渗透,比例尺1mm。(E)通过CLSM检测BN-H和BTN从肿瘤血管中渗出,并通过图像J软件(F),比例尺,75µm进一步分析。(G)BN-H和BTN对肿瘤中癌细胞组分的可达性,比例尺,25µm;(H)通过图像J软件对BN-H和BTN的癌细胞可达性进行图像分析。

在4T1诱导的肿瘤模型中,由于其在诱导抗肿瘤免疫反应和缓解肿瘤免疫抑制方面的优越性,研究人员最终评价了其对抑制肿瘤生长的治疗效果。荷瘤小鼠经尾静脉分别注射PBS对照、BN-M、BN-H+L、BN-G、BTN和BTN+L (n=6)。在治疗后的不同时间间隔监测不同治疗方法的肿瘤大小和体重。在肿瘤生长图谱中,PBS组肿瘤大小随时间呈进行性增加,BN-M、BN-H+L、BN-G和BTN组肿瘤大小中度延迟,BTN+L组肿瘤大小显著降低(图4A-B)。

图4 BTN介导的联合治疗对4T1诱导肿瘤模型中肿瘤生长的疗效。(A) 各组在不同治疗时间间隔取肿瘤体积。**p<0.01。(B)各组小鼠肿瘤生长情况(n=6)。(C) 每次治疗结束时的肿瘤生长指数。**p<0.01。(D) 每次治疗结束时的肿瘤重量。**p<0.01。(E) 肿瘤组织的组织学检查,比例尺,200µm。(F)TUNEL法检测各治疗组肿瘤细胞凋亡。凋亡细胞表示为绿色信号,比例尺,100µm。

总的来说,统计人员成功地设计了一种生物激发的肿瘤反应性治疗纳米载体系统,该系统加载了蜂毒肽、治疗性HPPH和吉西他滨前体药物,显著促进了它们在肿瘤中的渗透,减轻了肿瘤治疗中的强大免疫抑制。(文: 8Mile)

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