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蘇州大學(xué)劉莊教授和馮良珠研究員團(tuán)隊(duì) ACS Nano:腫瘤葡萄糖代謝重塑增效放射免疫聯(lián)合治療
2022-09-14  來源:高分子科技

  葡萄糖代謝途徑的改變是腫瘤代謝重編程的典型特征之一,其與腫瘤乏氧、微酸等微環(huán)境特征密切相關(guān)。腫瘤乏氧會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤細(xì)胞通過糖酵解途徑獲取能量,而乳酸等代謝產(chǎn)物的累積又會(huì)導(dǎo)致腫瘤微酸環(huán)境的形成,進(jìn)而協(xié)同導(dǎo)致腫瘤免疫抑制性微環(huán)境的形成。這不但會(huì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移,還會(huì)導(dǎo)致腫瘤對(duì)放療、化療、免疫治療等多種治療手段產(chǎn)生嚴(yán)重的耐受性。


  近日,蘇州大學(xué)劉莊教授和馮良珠研究員團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一問題成功設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)兼具腫瘤乏氧與微酸調(diào)控功能的氟化碳酸鈣基復(fù)合納米藥物,探索了其在調(diào)控腫瘤內(nèi)葡萄糖代謝途徑、逆轉(zhuǎn)免疫抑制性微環(huán)境和增敏放療療效方面的潛力。作者首先通過配位反應(yīng)將多巴胺修飾的全氟癸二酸分子(PFSEA-DA2)與金屬鐵離子(Fe3+)包覆在碳酸鈣納米顆粒表面,制備得到了一種多功能氟化碳酸鈣納米復(fù)合物(fCaCO3)。聚乙二醇表面修飾后,所得到的fCaCO3-PEG可高效負(fù)載全氟-15-冠醚(PFCE),進(jìn)而作為一種有效的氧氣遞送載體與質(zhì)子中和劑。研究表明,經(jīng)靜脈注射后,PFCE@fCaCO3-PEG不僅可以作為一種長循環(huán)的納米氧氣儲(chǔ)存器,以減輕腫瘤缺氧,還可以通過抑制乳酸的產(chǎn)生并消耗細(xì)胞外質(zhì)子,從而有效中和酸性腫瘤微環(huán)境。在不同免疫原性的腫瘤模型中,PFCE@fCaCO3-PEG表現(xiàn)出顯著的放射增敏效果。此外,PFCE@fCaCO3-PEG輔助放射療法還可以通過改善腫瘤免疫抑制微環(huán)境,激活系統(tǒng)性抗腫瘤免疫反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端腫瘤的有效抑制并有效防止腫瘤的復(fù)發(fā)(示意圖)。 


示意圖 PFCE@fCaCO3-PEG 納米調(diào)節(jié)器增強(qiáng)腫瘤放療的機(jī)制圖


  實(shí)驗(yàn)結(jié)果方面,作者首先在全氟癸二酸(PFSEA)的兩端共價(jià)偶聯(lián)多巴胺分子來合成末端為鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的PFSEA-DA2,之后以無定型碳酸鈣納米顆粒為模板,利用PFSEA-DA2Fe3+之間的配位作用,通過表面保護(hù)性刻蝕法制備氟化碳酸鈣納米顆粒(fCaCO3),經(jīng)表面PEG化修飾后物理吸附PFCE后得到了兼具高效的氧氣負(fù)載能力以及質(zhì)子中和能力PFCE@fCaCO3-PEG1)。 


1. PFCE@fCaCO3-PEG合成表征


  細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,負(fù)載氧氣的PFCE@fCaCO3-PEG可以有效重塑低氧條件下CT26細(xì)胞的葡萄糖代謝,降低細(xì)胞低氧代謝中缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α)、乳酸脫氫酶 ALDHA)和碳酸酐酶IXCAIX的表達(dá)水平,進(jìn)而降低胞內(nèi)乳酸的產(chǎn)生,并最終顯著逆轉(zhuǎn)微酸和缺氧誘導(dǎo)的放射耐受性(2)。 


2. PFCE@fCaCO3-PEG納米反應(yīng)器的放射增敏效果


  通過建立小鼠腫瘤模型,作者發(fā)現(xiàn)PFCE@fCaCO3-PEG具有良好的藥代動(dòng)力學(xué)特征,可實(shí)現(xiàn)高效的腫瘤富集。與此同時(shí),PFCE@fCaCO3-PEG可用于腫瘤的多模態(tài)成像(磁共振成像、光聲成像)。隨后,作者驗(yàn)證了PFCE@fCaCO3-PEG納米調(diào)節(jié)器能夠有效改善腫瘤乏氧,降低瘤內(nèi)乳酸的產(chǎn)生,并中和酸性腫瘤微環(huán)境(3)。


3. PFCE@fCaCO3-PEG藥代動(dòng)力學(xué)與腫瘤微環(huán)境調(diào)控能力研究


  進(jìn)一步地,作者利用小鼠的皮下乳腺癌模型和結(jié)腸癌模型發(fā)現(xiàn)經(jīng)靜脈注射的PFCE@fCaCO3-PEG能夠有效地增強(qiáng)放療的療效,并且對(duì)機(jī)體不會(huì)造成任何明顯的不良反應(yīng)(4)。 


4. PFCE@fCaCO3-PEG增敏放療研究


  通過對(duì)PFCE@fCaCO3-PEG增敏放療的機(jī)制研究,作者發(fā)現(xiàn)PFCE@fCaCO3-PEG協(xié)同放射治療,可以有效地逆轉(zhuǎn)免疫抑制性腫瘤微環(huán)境,同時(shí)激活機(jī)體的固有性和獲得性抗腫瘤免疫反應(yīng)(5)。 


5. PFCE@fCaCO3-PEG增敏放療的免疫機(jī)制研究


  最后,作者進(jìn)一步驗(yàn)證了PFCE@fCaCO3-PEG協(xié)同放射治療不僅可以通過遠(yuǎn)隔效應(yīng)(abscopal effect)抑制遠(yuǎn)端未治療腫瘤的生長,還可以通過引發(fā)長期的免疫記憶來抑制腫瘤的復(fù)發(fā)(6)。 


6. PFCE@fCaCO3-PEG聯(lián)合放療的長期免疫記憶效應(yīng)研究


  該工作以“Chemical Modulation of Glucose Metabolism with a Fluorinated CaCO3 Nanoregulator Can Potentiate Radiotherapy by Programming Antitumor Immunity”為題發(fā)表在ACS Nano上(DOI: 10.1021/acsnano.2c02688。文章的通訊作者為蘇州大學(xué)劉莊教授和馮良珠研究員,第一作者為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究院董自亮博士和蘇州大學(xué)博士研究生王春杰。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02688?fig=tgr1&ref=pdf

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