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Nat BME:用于溃疡性结肠癌治疗的结肠特异性免疫生态位

生物材料前沿  · 公众号  ·  · 2024-12-08 08:20

正文

作为一种慢性自身炎症性疾病,溃疡性结肠炎通常通过全身性免疫抑制剂进行治疗。本文在三种已建立的溃疡性结肠炎小鼠模型中证明,通过皮下注射特异性的结肠免疫抑制生态位, 该微环境由结肠上皮细胞、去细胞结肠基质和功能化的纳米纤维组成,纳米纤维上附着有程序性死亡配体1、CD86、模拟转化生长因子-β1的肽模拟物以及免疫抑制小分子来氟米特,可诱导肠道免疫耐受,减少动物下消化道的炎症 。生物工程化的结肠特异性微环境通过多种免疫抑制途径诱导自身反应性T细胞失活并极化促炎性巨噬细胞,防止免疫细胞侵入结肠固有层,促进上皮损伤的恢复。生物工程化的微环境还防止了与炎症相关的结肠直肠癌的发生,并消除了由激酶抑制剂和免疫检查点阻断引起的结肠炎。

为创造一个类似于结肠的组织微环境,以调节自身免疫细胞,利用结肠上皮细胞和去细胞结肠基质(ECM)生物工程构建了结肠特异性免疫小窝。进一步利用含有免疫抑制分子的纳米纤维(NFs)对小窝进行工程化。结肠上皮细胞和去细胞结肠ECM重现了类似于结肠的微环境,可以吸引和相互作用参与溃疡性结肠炎的自身免疫细胞。去细胞结肠ECM还作为储存库,逐渐释放促调节生长因子和细胞因子,以调节自身激活的T细胞和巨噬细胞的活性。通过将免疫抑制分子功能化到NFs上,可以同时使自身激活的T细胞失活并使巨噬细胞极化,通过多种免疫抑制信号通路实现。这些分子包括PD-L1,它触发了抑制性的PD-1/PD-L1免疫检查点通路,并诱导经典激活的M1巨噬细胞向替代激活的M2巨噬细胞极化;CD86会触发激活的CD8+T细胞中的免疫抑制性CTLA-4;免疫调节药物来氟米特会抑制激活的T细胞和巨噬细胞的增殖并且 TGF-β1促炎性细胞因子的肽类分子,它能与转化生长因子β受体II型受体结合,从而抑制CD8+ T细胞的激活,并能将经典激活的M1巨噬细胞极化为替代激活的M2巨噬细胞。

基于模块的免疫抑制分子功能化NFs通过聚(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基磷酸胆碱-聚(2-羟基丙基甲基丙烯酸酯))(PMPC-PHPMA)二嵌段共聚物作为支架进行工程化。该二嵌段共聚物通过两步可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合制备,并在现场自组装成棒状、纤维状微球。NF表面的链转移剂α端的羧基通过硫代乙酰胺(硫代NHS)/1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺偶联反应转化为二苯环辛基(DBCO)基团。功能化NFs包括PD-L1和CD86单功能化和双功能化NFs以及包裹有来氟米特的NFs。LEF 利用碱基对转移介导的碱基对环加成反应,通过叠氮-炔加成,将DBCO功能化的NFs转化为NFs叠氮基团,并与相应的免疫检查点配体和叠氮基团功能化的LEF聚乙二醇-聚乳酸-共-聚己内酯纳米颗粒反应。通过阳离子吸附聚合的阳离子TGF-β1模拟肽到阴离子COOH功能化的NFs上,制备出TGF-β1模拟肽包封的NFs。这些非热响应的NFs可以在工业规模上生产,并在使用前在4°C下储存。

图1.生物工程化结肠特异性免疫生态位

图2. 脱细胞基质和免疫抑制纳米纤维抑制抗原特异性自身反应性T细胞的激活并极化巨噬细胞到抗炎的M2表型

图3.生物工程化结肠特异性 免疫生态位治疗结肠炎

图4.生物工程化结肠特异性 免疫生态位重塑免疫环境,抑制自身反应性T细胞和极化巨噬细胞

图5.生物工程化结肠特异性 免疫生态位抑制结肠炎相关的结肠癌并抑制激酶治疗相关的副作用

图6.生物工程化结肠特异性 免疫生态位抑制免疫检查点抑制剂引起的结肠炎且不影响抗肿瘤效果

全文总结和思考:

该方法的一个局限性是需要自体结肠上皮细胞作为工程化结肠特异性免疫微环境的来源。这需要对患者进行内窥镜活检,存在并发症风险和财务成本。然而,这种临床方法已经在尝试修复ICB损伤时被探索过。 另一个潜在的限制是,针对结肠特异性免疫微环境的治疗并不能完全捕捉与溃疡性结肠炎相关的微生物组生物学。众所周知,微生物组在溃疡性结肠炎的发病机制中起着重要作用,但其确切的生物学机制尚不清楚。所描述的结肠特异性免疫微环境配方是复杂的,这使得其难以转化。它包含几种不同的成分:细胞、NFs、ECM和治疗剂。这种高复杂性使得实现化学、制造和控制变得非常困难。因此,未来的工作将专注于简化配方,以提高其临床应用的可行性。







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