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東華大學(xué)李靜超課題組 Nano Today:聲激活型半導(dǎo)體聚合物納米反饋劑用于腫瘤免疫治療
2023-08-12  來源:高分子科技


  盡管免疫治療與其他治療方法的結(jié)合為腫瘤治療提供了可能性,但癌癥治療后免疫抑制通路的上調(diào)仍嚴(yán)重影響治療效果。針對(duì)這個(gè)問題,東華大學(xué)李靜超團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種用于癌癥免疫治療的聲激活型半導(dǎo)體聚合物納米反饋劑(SPNSA)對(duì)上調(diào)的免疫抑制通路進(jìn)行雙重調(diào)控。SPNSA包含半導(dǎo)體聚合物納米顆粒(SPN)作為聲敏劑、腺苷受體A2A拮抗劑(SCH58261)、程序性死亡配體1(PD-L1)抗體(aPD-L1)和單線態(tài)氧(1O2)響應(yīng)型片段(如圖1)。在超聲(US)作用下,SPN產(chǎn)生1O2用于聲動(dòng)力療法(SDT)和誘導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡(ICD),同時(shí)上調(diào)腺苷水平和PD-L1表達(dá)。此外,產(chǎn)生的1O2可切斷1O2響應(yīng)型片段,實(shí)現(xiàn)SCH58261和aPD-L1的按需釋放。釋放的SCH58261和aPD-L1作為反饋劑,同時(shí)緩解上調(diào)的免疫抑制腺苷和PD-L1途徑,從而進(jìn)一步擴(kuò)大抗腫瘤免疫效應(yīng)。在雙側(cè)荷瘤小鼠模型中,SPNSA聯(lián)合超聲激活能顯著抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。因此,本研究提供了一個(gè)聲激活型納米平臺(tái)用于通過反饋調(diào)節(jié)治療后的免疫抑制通路以精確擴(kuò)大免疫治療效果。


圖1. (a)通過納米共沉淀和表面修飾構(gòu)建SPNSA;(b)超聲激活SPNSA誘導(dǎo)ICD、免疫抑制途徑雙調(diào)控和SDT聯(lián)合免疫治療的機(jī)制示意圖。


  該團(tuán)隊(duì)首先通過納米共沉淀制備聲激活型有機(jī)半導(dǎo)體聚合物納米體系(SPNSA),并按照類似的方法合成SPN0和SPNS作為對(duì)照納米體系,并對(duì)這三種納米體系進(jìn)行了一系列表征(圖2)。研究結(jié)果表明,這三種SPNs均表現(xiàn)出良好的顆粒分散性和穩(wěn)定均勻的球狀形態(tài)并且具有相似的水合粒徑、表面電勢(shì)、熒光性能以及1O2產(chǎn)生性能等,證明了納米顆粒的成功制備。


圖2. (a) SPN0、SPNSSPNSA的TEM圖像;(b) SPN0、SPNS和SPNSA中蛋白質(zhì)含量測(cè)量;(c) SPN0、SPNS和SPNSA的水動(dòng)力學(xué)直徑;(d) SPN0、SPNS和SPNSA的表面Zeta電位;(e) SPN0、SPNS和SPNSA的吸收光譜;(f) SPN0、SPNS和SPNSA的熒光性質(zhì);(g)通過測(cè)量SOSG探針的熒光強(qiáng)度評(píng)估1O2的產(chǎn)生;(h)聲激活后SCH58261和aPD-L1的累積釋放率。


  該團(tuán)隊(duì)對(duì)納米顆粒的體外治療效果、ICD效果以及DCs成熟進(jìn)行了評(píng)估(如圖3)。作者通過納米顆粒和細(xì)胞器共定位實(shí)驗(yàn)研究了SPNSA的內(nèi)吞途徑,并對(duì)SPNSA超聲之后的治療效果、ROS產(chǎn)生能力、細(xì)胞層面腺苷表達(dá)水平以及ICD的相關(guān)信號(hào)分子(ATP,CRT,HMGB1)進(jìn)行評(píng)價(jià),證明SPNSA在US照射后會(huì)在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量ROS,可以實(shí)現(xiàn)更好的治療效果以及增強(qiáng)ICD效應(yīng)。 


圖3. (a)細(xì)胞與SPN0、SPNS和SPNSA孵育后的熒光圖像(紅色熒光信號(hào)來源于PFODBT,藍(lán)色細(xì)胞經(jīng)Hoechst染色);(b)體外納米顆粒吞噬的流式細(xì)胞術(shù)分析;(c) 4T1細(xì)胞存活率分析;(d)納米顆粒US共處理后4T1細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生評(píng)估;(e)免疫熒光染色分析細(xì)胞表面CRT水平;(f) 4T1細(xì)胞經(jīng)納米顆粒US共同處理后分泌HMGB1的水平;(g)不同處理的4T1細(xì)胞分泌ATP分析;(h)不同處理的4T1細(xì)胞中腺苷水平分析;(i)成熟DCs的流式細(xì)胞儀分析。


  作者采用雙側(cè)皮下4T1腫瘤小鼠模型評(píng)價(jià)體內(nèi)的治療效果(如圖4)。采用體內(nèi)熒光成像技術(shù)評(píng)價(jià)納米顆粒在腫瘤內(nèi)的積累情況,證實(shí)了納米顆粒在腫瘤部位的有效富集。通過檢測(cè)小鼠腫瘤的生長(zhǎng)曲線證明了該納米體系在體內(nèi)的增強(qiáng)型治療效果。組織學(xué)分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了SPNSA經(jīng)超聲激活后表現(xiàn)出最佳的抗腫瘤效果。 


圖4. (a)分析抗腫瘤作用的實(shí)驗(yàn)方案;(b)利用熒光成像評(píng)價(jià)體內(nèi)腫瘤富集;(c)注射SPN0、SPNS和SPNSA的小鼠在注射后不同時(shí)間腫瘤區(qū)域的熒光強(qiáng)度;(d-e)小鼠原發(fā)腫瘤(d)和遠(yuǎn)端腫瘤(e)的生長(zhǎng)曲線;(f-g)治療后原發(fā)腫瘤(f)和遠(yuǎn)端腫瘤(g)的重量;(h-i)原發(fā)腫瘤(h)和遠(yuǎn)端腫瘤(i)的H&E染色圖片。
隨后,作者采用流式細(xì)胞術(shù)分析了小鼠體內(nèi)免疫激活情況(如圖5)。SPNSA + US組的成熟DCs的百分比(39.9%)高于其他治療組(10.6%-37.1%),驗(yàn)證了ICD作用對(duì)DC成熟的促進(jìn)作用。雙側(cè)腫瘤中CD4+和CD8+ T細(xì)胞水平在SPNSA + US組中最高,而Treg細(xì)胞水平在SPNSA + US組中最低,證實(shí)該納米體系引起最強(qiáng)的免疫效應(yīng)。 


圖5. (a)腫瘤引流淋巴結(jié)DC成熟的流式分析;(b)各組成熟DCs的百分比;(c)原發(fā)腫瘤中的CD4+CD8+T細(xì)胞的流式分析;(d)原發(fā)腫瘤中CD4+和CD8+T細(xì)胞的水平;(e)遠(yuǎn)端腫瘤中的CD4+和CD8+T細(xì)胞的流式分析;(f)遠(yuǎn)端腫瘤組織中CD4+和CD8+T細(xì)胞的水平;(g-h)原發(fā)腫瘤(g)和遠(yuǎn)端腫瘤(h)中的Treg細(xì)胞的流式分析;(i)雙側(cè)腫瘤中Treg細(xì)胞的水平。


  因此,作者報(bào)道了一種利用聲激活型半導(dǎo)體聚合物納米反饋劑(SPNSA)緩解上調(diào)的免疫抑制途徑的雙重調(diào)控策略,以擴(kuò)大免疫治療效果。超聲作用下SPNSA介導(dǎo)的SDT可誘導(dǎo)ICD效應(yīng),促進(jìn)DCs成熟,但上調(diào)腺苷水平和PD-L1表達(dá)。通過SDT產(chǎn)生的1O2破壞SPNSA內(nèi)的1O2響應(yīng)型片段,以按需釋放負(fù)載的A2AR拮抗劑和表面結(jié)合的aPD-L1。這兩種免疫調(diào)節(jié)劑作為反饋,同時(shí)緩解上調(diào)的腺苷和PD-L1免疫抑制通路,進(jìn)一步擴(kuò)大抗腫瘤免疫效應(yīng)。這種治療策略可實(shí)現(xiàn)雙側(cè)腫瘤生長(zhǎng)和腫瘤轉(zhuǎn)移的有效抑制。該研究成果以題為《Dual-modulation of immunosuppressive pathways using sono-activatable semiconducting polymer nanofeedbacks for cancer immunotherapy》發(fā)表在國(guó)際知名期刊Nano Today。東華大學(xué)為第一通訊單位,東華大學(xué)碩士研究生于寧悅為本文第一作者,東華大學(xué)李靜超研究員、國(guó)家納米科學(xué)中心蔡絨副研究員以及暨南大學(xué)附屬珠海第一人民醫(yī)院放射科于向榮主任為通訊作者。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委、上海市高等學(xué)校特聘教授(東方學(xué)者)和珠海市科技廳等項(xiàng)目的資助。


  原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013223001937?dgcid=coauthor

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