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汪超/陈友国教授：一种利用CTX和aPDL1载药纤维凝胶预防肿瘤术后复发的方法

研之成理 · 公众号 · 科研 · 2019-12-28 07:00

正文

▲第一作者：张琳，周金华；通讯作者：汪超，刘庄，陈友国

通讯单位：苏州大学附属第一医院，苏州大学

论文DOI：https://doi.org/10.1002/adfm.201906922

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临床中，不满意的肿瘤细胞减灭术严重影响肿瘤患者的预后，Treg 诱导的免疫抑制微环境影响术后的治疗。纤维蛋白水凝胶装载的 CTX 和抗 PD-L1 抗体复合材料可以通过持续降低肿瘤的 Treg 数量和比例，抑制肿瘤细胞表面的PD-L1功能，增强肿瘤细胞免疫原性和效应T细胞浸润，激活免疫，达到抑制甚至完全消灭肿瘤的作用。

背景介绍

乳腺癌和卵巢癌是威胁全球女性健康的恶性肿瘤 (Chen, Liang et al. 2015)，通常情况下，手术是减轻大多数乳腺癌和肿瘤患者肿瘤负担的主要选择。然而，临床中不满意的肿瘤细胞减灭术和手术后的残余肿瘤复发的风险仍然是一个挑战，严重影响肿瘤患者的预后，导致癌症患者的大量死亡(Strnad, Ott et al. 2016)。除了手术，我们现在传统的治疗手段，包括放射疗法，化学疗法，激素疗法可以一定程度上延缓癌症的复发，但是通常副作用明显，严重影响患者健康和生活质量，防止术后癌症复发的新策略亟待发现。

研究出发点

不满意的肿瘤细胞减灭术严重影响肿瘤患者的预后，Treg 诱导的免疫抑制微环境影响术后的治疗。既往研究发现低剂量的环磷酰胺（CTX）可以减少肿瘤中的抑制性免疫细胞，激活抗肿瘤免疫，但效应短暂。我们的前期预实验研究发现：低剂量 CTX 可以降低小鼠肿瘤残留病灶中 Treg 细胞比例，但同时上调肿瘤细胞表面 PD-L1 的表达；采用可自行降解的的纤维蛋白水凝胶作为载体包裹 CTX 和抗 PD-L1 抗体，可以在肿瘤局部实现药物缓释和调节免疫的作用。

我们从复合材料的表征、体外细胞实验和动物实验三个层次证明，纤维蛋白水凝胶装载的 CTX 和抗 PD-L1 抗体复合材料可以通过持续降低肿瘤中的 Treg 数量和比例，抑制肿瘤细胞表面的 PD-L1 功能，增强肿瘤细胞中的效应T细胞浸润，激活免疫，达到抑制甚至完全消灭肿瘤的作用，并探讨 CTX 诱导肿瘤细胞 PD-L1 表达的机制。本研究可为治疗术后肿瘤残留病灶提供新的思路。

图文解析

基于纤维蛋白凝胶的药物递送支架可以递送 CTX 和 aPDL1 以预防术后肿瘤复发，这种顺序的局部递送增强了肿瘤的免疫原性，并持续降低肿瘤部位的 Treg 数量和比例，抑制肿瘤细胞表面的 PD-L1 功能，增强肿瘤中的效应 T 细胞浸润，激活免疫，达到抑制甚至完全消灭肿瘤的作用。

我们研究了纤维蛋白水凝胶的降解和生物相容性：观察到纤维蛋白水凝胶在体外和体内环境下，21 天之内降解完毕，体现了纤维蛋白水凝胶良好的降解能力。同时我们在细胞层面证实了纤维蛋白水凝胶良好的生物相容性，我们使用 CCK8 法研究了 2.5mg 至 100mg 不同梯度的纤维蛋白水凝胶对 Luc-ID8、OVCAR5、DC2.4 三种细胞系的毒性，发现即使在 100mg 高剂量的纤维蛋白水凝胶共同孵育条件下，三种细胞的生长均未受较大影响。

我们研究了 CTX 处理第二天对乳腺癌微环境的调节作用：通过细胞流式分析发现，经过 500µgCTX+Gel（分别加入纤维蛋白水凝胶和CTX）和 500µgCTX@Gel（纤维蛋白水凝胶装载有 CTX）处理过后的卵巢癌残余病灶，在治疗第二天均有良好的 Treg 抑制效果，并且它们的 Treg 定量数据具有统计学差异。同时，我们研究了卵巢癌残余病灶经过 500µgCTX+Gel和500µgCTX@Gel 处理第二天，其中的 PD-L1 表达水平。可以发现经过处理之后，卵巢癌残余病灶中 PD－L１的表达明显上调，且 500µgCTX@Gel 组和各组均具有显著统计学差异。与此同时，我们发现，500µgCTX@Gel可以有效增加卵巢癌残余病灶中的 CD4 ⁺ T 细胞和 CD8 ⁺ T 细胞浸润。

我们同时研究了 CTX 处理第七天对乳腺癌微环境的调节作用：通过细胞流式分析发现， 500µgCTX@Gel（纤维蛋白水凝胶装载有 CTX）处理过后的卵巢癌残余病灶，在治疗第七天仍有良好的 Treg 抑制效果，而 500µgCTX+Gel（分别加入纤维蛋白水凝胶和 CTX）失去了对 Treg 的抑制作用。

基于以上结果，我们认为 aPDL1 可以增强 CTX 治疗并诱导抗肿瘤免疫反应，以防止术后乳腺癌复发。为了验证 CTX＆aPDL1 @ Gel 的治疗效果，我们在 BALB / c 小鼠中创建了不完全4T1肿瘤切除模型。在 CTX＆aPDL1 @ Gel 组中，治愈的八只小鼠中有四只没有检测到肿瘤，肿瘤明显消退。CTX＆aPDL1 @ Gel 处理后有 50 ％的小鼠存活了至少 60 天，而其他组中没有小鼠存活了两个月，这表明我们的局部化学免疫治疗策略有显著抑制肿瘤复发优势，且没有明显的副作用。

为了进一步评估由纤维蛋白凝胶共同递送的 CTX 和 aPDL1 的联合疗效，我们在第 7 天收集了复发性肿瘤组织。给予 CTX＆aPDL1 @ Gel后，肿瘤细胞上 PD-L1 表达明显下降，这意味着我们的递药系统适用于低免疫原性的肿瘤。因此，通过凝胶递送的 CTX 治疗下，CD4 ⁺ 细胞中 Foxp3 ⁺ 细胞的百分比显着降低。使用 CTX＆aPDL1 @ Gel 后的复发性肿瘤中 CD3 ⁺ ，CD4 ⁺ ，CD8 ⁺ T 细胞的百分比有所增加。此外，CTX＆aPDL1 @ Gel处理后，CTL 和 CD4 ⁺ Teff 与 Treg 的比率显着提高，表明我们的策略激发了 T 细胞药物抗癌免疫反应。

除了预防乳腺癌的复发外，我们的策略可能还会扩展到其他类型的肿瘤。我们在遵循无菌规则的前提下，构建了 C57 小鼠原位卵巢癌模型，７天后进行了原位卵巢癌的不完全切，并通过生物发光成像对动物进行肿瘤生长。观察到 CTX＆aPDL1 @ Gel 组在 15 天内表现出最佳的肿瘤抑制功效。在第 20 周，处死 UnTx 和治疗组的小鼠，并收集其重要器官进行 H＆E 染色。 UnTx 组的卵巢结构异常，被癌细胞完全取代。而治疗组没有明显肿瘤组织存在。

总结与展望

总而言之，我们通过在肿瘤切除部位施用含 CTX＆aPDL1 的纤维蛋白凝胶，制定出一种手术后防止肿瘤复发的实用策略。作为临床上广泛使用的纤维蛋白凝胶充当 CTX 和 aPDL1 的载体使药物持续释放。其中的 CTX 能够持续抑制 Treg 并增强有效T细胞的浸润，从而显著逆转免疫抑制性肿瘤微环境并促进免疫原性肿瘤表型，从而协同 aPDL1 免疫检查点封锁来抑制术后癌症的复发。由于刺激了全身免疫和 T 记忆细胞，这种策略在手术后治疗残余和转移性肿瘤方面大有潜力，有期望降低癌症复发的风险并改善患者生活质量和疾病预后。

心得与体会

化疗在辅助治疗和治疗晚期癌症患者中均起着主要作用(Pignata, Cannella et al. 2011)。一些研究报道化疗会上调 PD-L1 的表达，PD-L1的表达可能耗尽肿瘤中的 T 细胞(McGranahan, Furness et al. 2016)。我们由此推断化学治疗剂和 ICB 抑制剂的组合可以在局部给药后更好地预防术后肿瘤复发。

参考文献

Chen, Q., et al. (2015). "An imagable and photothermal “Abraxane‐like” nanodrug for combination cancer therapy to treat subcutaneous and metastatic breast tumors." 27 (5): 903-910.

McGranahan, N., et al. (2016). "Clonal neoantigens elicit T cell immunoreactivity and sensitivity to immune checkpoint blockade." 351 (6280): 1463-1469.

Pignata, S., et al. (2011). "Chemotherapy in epithelial ovarian cancer." 303 (2): 73-83.

Strnad, V., et al. (2016). "5-year results of accelerated partial breast irradiation using sole interstitial multicatheter brachytherapy versus whole-breast irradiation with boost after breast-conserving surgery for low-risk invasive and in-situ carcinoma of the female breast: a randomised, phase 3, non-inferiority trial." 387 (10015): 229-238.

课题组介绍

课题组介绍：

汪超教授课题组主要研究方向为生物材料与免疫工程交叉领域，具体包括基于生物材料（包括细胞载体和高分子载体等），发展新型免疫治疗策略，针对肿瘤，炎症，衰老，自身免疫病等免疫相关疾病。课题组招聘博士后，待遇优厚，并可推荐海外名校继续深造，欢迎对相关方向有兴趣的同学前来咨询。如有兴趣，请联系[email protected]。详见课题组网页：https://sites.google.com/view/the-wang-lab/

导师介绍：

汪超，苏州大学功能纳米与软物质研究院教授。在 Sci Transl Med, Nat Biomed Eng, Sci Adv, Adv Mater, Adv Funct Mater, Nano Lett, ACS Nano, Biomaterials, J Control Release 等知名期刊发表 SCI 论文 90 多篇，总引用 11,000余次，H 因子 47。入选科睿唯安“全球高被引科学家”名录（2018-2019）、江苏省特聘教授（2018）、江苏省双创人才（2019）等。

刘庄，苏州大学功能纳米与软物质研究院教授，近年来在生物材料与肿瘤纳米技术领域从事研究，围绕肿瘤诊疗中的若干挑战性问题，发展了一系列新型纳米探针用于体外生物检测与活体分子影像，并探索了多种基于纳米技术和生物材料的肿瘤光学治疗、放射治疗、与免疫治疗新策略。共发表学术论文 270 余篇，论文总引用超过 44,000 次，SCI H-index = 105，89 篇论文入选 ESI 高被引论文。获国家杰出青年基金、基金委优秀青年基金、江苏省杰出青年基金的资助。

陈友国，苏州大学附属第一医院妇产科主任医师。现为江苏省中西医结合学会妇产科专业委员会常务委员，江苏省妇产科学会肿瘤分会委员，苏州市医学会骨质疏松和骨矿盐疾病专业委员会委员，苏州市医学会妇产科分会委员。江苏省胎儿医学创新团队核心成员，美国妇科腔镜协会（AAGL）成员。获 2010 年苏州市医学新技术项目一等奖，2017 年华夏医学奖三等奖，2018 年苏州市医学科技奖二等奖。在 Adv Funct Mater，J. Mater. Chem. B，Nanoscale, Medicine 等杂志上发表英文论著十余篇。

研之成理各版块内容汇总：

1. 仪器表征基础知识汇总

汪超/陈友国教授：一种利用CTX和aPDL1载药纤维凝胶预防肿瘤术后复发的方法

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