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暨南大學戴箭課題組 Adv. Funct. Mater.：溶瘤病毒樣納米顆粒用于腫瘤特異性基因遞送
2024-04-23  來源：高分子科技

  自COVID-19出現(xiàn)以來，基因治療和mRNA疫苗取得了快速進展，使得核酸藥物在醫(yī)學領(lǐng)域的地位日益突出。然而，相對較大且?guī)ж撾姾傻暮怂岱肿尤菀资艿郊毎り庪x子脂質(zhì)層的靜電排斥，導致跨膜運輸困難。進入體內(nèi)的核酸分子將面臨免疫系統(tǒng)的清除、血液中核酸酶的降解以及細胞內(nèi)溶酶體核酸酶的降解。在缺乏合適的載體的情況下，核酸藥物的體內(nèi)效率仍然很低。目前由脂質(zhì)體、陽離子聚合物、和無機納米粒子組成的核酸納米遞送載體尚不完善，包括細胞轉(zhuǎn)染效率低、對細胞的細胞毒性以及在生理條件下不穩(wěn)定等。因此，載體如何實現(xiàn)將核酸藥物選擇性的遞送至靶細胞的細胞質(zhì)中發(fā)揮作用是目前亟需解決的問題。


  近期，暨南大學戴箭課題組設(shè)計構(gòu)建了一種可以響應(yīng)腫瘤的微酸性環(huán)境通過膜融合的方式將核酸直接遞送至腫瘤細胞質(zhì)的溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN。OV@FN由負載核酸的納米核心NA-Zn@G和表達溶瘤病毒融合膜糖蛋白（mVSV-G）的雜合膜囊泡FN構(gòu)成，其中FN可響應(yīng)腫瘤微酸性環(huán)境通過膜融合的方式將負載核酸的納米內(nèi)核遞送至腫瘤細胞胞質(zhì)中，隨后NA-Zn@G響應(yīng)腫瘤細胞細胞質(zhì)中高濃度的谷光甘肽以在腫瘤細胞質(zhì)中精準釋放核酸。研究結(jié)果表明：與正常細胞相比，OV@FN可以有效且精準地將核酸藥物遞送至腫瘤細胞的細胞質(zhì)中。更重要的是，FN可有效誘導腫瘤細胞之間相互融合形成合胞體以促進細胞內(nèi)核酸藥物的擴散，大大增加了基因治療的效果。因此，OV@FN為基因遞送載體和腫瘤免疫治療平臺提供了一種新的策略。相關(guān)的工作以“Oncolytic Virus-Like Nanoparticles for Tumor-Specific Gene Delivery”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials。


【文章要點】


  如圖1，作者開發(fā)了溶瘤病毒樣納米載體，可以有效加載核酸藥物并選擇性靶向腫瘤細胞以響應(yīng)弱酸性腫瘤微環(huán)境（TME）啟動融合活性。首先，核酸藥物與鋅離子結(jié)合形成納米顆粒（NA-Zn）。為了防止核酸的降解，用5′-鳥苷一磷酸（GMP）包裹NA-Zn形成陰離子納米粒子(NA-Zn@G)。此外，作者還將293T-mVSV-G的細胞膜與B16-F10細胞的細胞膜混合以產(chǎn)生融合雜化膜（FN）。FN上表達的突變mVSV-G（具有H162R突變）可直接介導OV@FN在TME（pH值范圍為6.5至7.1）下與腫瘤細胞的膜融合。最后，NA-Zn@G用FN包被制成溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN。靜脈注射后OV@FN，FN表面的同源靶向配體和mVSV-G可促進OV@FN在腫瘤部位積聚并把NA-Zn@G通過膜融合的方式遞送至腫瘤細胞的細胞質(zhì)。之后，NA-Zn@G在高濃度谷胱甘肽（GSH）（10 mm）的作用下，在腫瘤細胞的細胞質(zhì)中釋放核酸藥物，發(fā)揮基因沉默的作用。對于正常組織和器官，由于正常細胞的細胞質(zhì)中沒有類似TME的微酸性環(huán)境，并且GSH濃度低（1 mm），因此核酸藥物不能釋放到細胞質(zhì)中，這大大提高了其生物安全性。此外，OV@FN與腫瘤細胞膜的融合賦予了腫瘤細胞融合能力。因此，腫瘤細胞可以相互融合形成合胞體。合胞體的形成可以通過促進核酸藥物在腫瘤細胞之間的釋放和擴散來進一步增強核酸藥物的功效。合胞體裂解后釋放的腫瘤相關(guān)抗原和FN上表達的mVSV-G可以極大地促進樹突狀細胞的抗原識別和呈遞，然后引發(fā)強烈的抗腫瘤免疫應(yīng)答。 


圖1 溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN的制備和性能示意圖。


  如圖2所示，通過鋅離子交聯(lián)與簡單物理吸附，成功實現(xiàn)了對核酸藥物的負載以及控制釋放。在此基礎(chǔ)上作者通過納米脂質(zhì)體擠出器成功的將雜合膜FN涂覆在納米內(nèi)核的表面，形成了水合粒徑約317nm的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。 


圖2 OV@FN的材料表征


  如下圖3所示，細胞實驗驗證了表達mVSV-G的載體能夠在腫瘤微酸性環(huán)境下（pH=6.8）下啟動融合活性誘導膜融合。與此同時，細胞實驗還驗證了OV@FN出色的核酸遞送效率以及在腫瘤細胞細胞質(zhì)中精準釋放核酸的能力，這表明OV@FN具有優(yōu)異的生物相容性，不會對正常組織細胞造成影響。 


圖3 OV@FN的體外性能表征。


  如下圖4所示，作者驗證了FN具有誘導腫瘤細胞之間相互融合形成合胞體的能力。此外，合胞體上表達的mVSV-G以及合胞體死亡后釋放的腫瘤相關(guān)抗原可進一步激活免疫反應(yīng)。 


圖4 雜合膜FN上mVSV-G促進腫瘤細胞之間的融合。


  如下圖5所示，作者驗證了FN在荷瘤小鼠中的抗腫瘤效果，經(jīng)過FN治療后的小鼠腫瘤生長被明顯抑制。治療后腫瘤部位免疫細胞浸潤分析結(jié)果展示，小鼠尾靜脈注射FN后可有效激活抗腫瘤免疫反應(yīng)。 


圖5 雜合膜FN對荷瘤小鼠的治療效果。


  如下圖6所示，動物實驗結(jié)果證明，OV@FN可以在小鼠體內(nèi)精準靶向至腫瘤部位發(fā)揮基因沉默作用，很大程度的降低了腫瘤部位螢火蟲熒光素酶的表達。此外，將免疫刺激激動劑5’ 3pdsRNA作為模型藥物加載在載體中形成OV3pdsR@FN。實驗結(jié)果表明OV3pdsR@FN具有高效地將5′-3pdsRNA遞送至腫瘤細胞的能力，并且在5′-3pdsRNA和FN的共同作用下，成功地將免疫“冷”腫瘤轉(zhuǎn)化為免疫“熱”腫瘤瘤。OV3pdsR@FN可以通過FN固有的免疫特性和納米核心負載的核酸藥物觸發(fā)強大的抗腫瘤免疫反應(yīng)。 


圖6 OV@FN的體內(nèi)基因遞送效率。


  綜上所述，本研究提出了用于核酸遞送的溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN。OV@FN將腫瘤特異性抗原與病毒融合蛋白相結(jié)合，顯示出增強的腫瘤靶向性和激活強腫瘤特異性免疫反應(yīng)的能力。OV@FN在腫瘤弱酸環(huán)境中表現(xiàn)出高效的核酸遞送能力，為RNAi治療提供了安全有效的納米顆粒。此外，OV@FN可以誘導腫瘤細胞相互融合并在腫瘤部位形成合胞體。合胞體表面的mVSV-G和合胞體裂解后釋放的腫瘤相關(guān)抗原可以與核酸藥物配合，誘導強烈的腫瘤特異性免疫反應(yīng)。OV@FN通過模仿病毒結(jié)構(gòu)揭示了可擴展的核酸藥物遞送平臺，也為擴展基于病毒的腫瘤免疫治療提供了新的仿生策略和理念。


  該項目研究獲得國家自然科學基金（32071381、21574148、21104097、31870943）、廣東省自然科學基金（2021A1515010227、2014A030313152）等項目的資助，謹此感謝。


  論文信息：

  Oncolytic Virus-Like Nanoparticles for Tumor-Specific Gene Delivery

  Yuchao Li#, Haiyuan Yang#, Xiaoqing Zong, Xiaodi Li, Pengfei Yuan, Caiqi Yang, Xinjie Chen, Xiaodie Yan, Yaoqi Wen, Tianci Zhu, Wei Xue, Jian Dai*.

  Advanced Functional Materials

  DOI: 10.1002/adfm.202314898

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202314898

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