如何加热“寒冷”的肿瘤？中国药科大学孙敏捷团队《PNAS》：全氟化碳纳米簇打破了免疫抑制束缚!

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2020-12-23 10:20

正文

背景介绍

近年来，随着肿瘤免疫学研究的发展，一些学者提出了“冷”和“热”肿瘤的概念，引领了抗肿瘤免疫研究的未来。具有更多T细胞和其他阳性免疫调节细胞的肿瘤称为“热”肿瘤，而具有较少或没有阳性免疫调节细胞和较多免疫抑制细胞的肿瘤被称为“冷”肿瘤。“冷”肿瘤善于伪装自身，免疫系统通常无法识别冷肿瘤，并且不会引起有效的免疫反应，这为抗肿瘤免疫治疗带来了巨大障碍。临床研究指出，大多数肿瘤是寒冷的，调节免疫过程以将冷肿瘤转变为热肿瘤已成为抗肿瘤免疫治疗的紧迫任务。

光动力疗法（PDT）可能导致免疫原性细胞死亡（ICD），伴随着高迁移率族1号框蛋白（HMGB1）和三磷酸腺苷（ATP）的释放以及钙网蛋白（CRT）的暴露，促进树突状细胞（DC）的抗原呈递和成熟。ICD可以将DC和抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞（CTL）募集到肿瘤微环境（TME），从而将冷肿瘤变成热肿瘤并激活抗肿瘤免疫反应。但是，冷肿瘤的免疫抑制性TME会损害DC和CTL的功能，从而大大降低光动力免疫疗法的功效。打破TME中免疫抑制的束缚是将冷肿瘤转变为热肿瘤的一种方法。并且，一定剂量的化学治疗药物（如紫杉醇和顺铂）能够降低髓源性抑制细胞（MDSC）和调控T细胞（Treg）来调节TME中免疫抑制性。

中国 药科大学孙敏捷 团队合成了 氟化顺铂药物载体（FS-PAMAM-Pt）和氟化光敏剂氯e6（Ce6）共聚物（F-Ce6-PEG） ，它们可以通过氟-氟（FF）相互作用与 全氟化碳（PFC）组装形成纳米簇FS @ PMPt （图1A）。由于F-F相互作用和PEG保护，纳米簇具有良好的稳定性。在通过激光照射按下，PFC中的氧气可以确保产生足够的 活性氧（ROS） ，从而 触发ICD诱导的免疫反应 ，并 增加DC和CD8 +T细胞的浸润 ，从而形成寒冷的肿瘤变热。同时，ROS会破坏ROS敏感键并 释放PMPt进入肿瘤 ， 杀死肿瘤内Treg和MDSC ，从而 打破免疫抑制的束缚 ，进一步增强光动力免疫疗法（图1B）。相关成果以“ Fluorine assembly nanocluster breaks the shackles of immunosuppression to turn the cold tumor hot ”为题发表在《 PNAS 》。

图 1，FS @ PMPt的制备和免疫调节。（A）F-S-PAMAM-Pt和F-Ce6-PEG的化学结构以及FS @ PMPt纳米簇的制备。（B）纳米簇FS @ PMPt将冷肿瘤转变为热肿瘤的工作机制示意图。

结果与讨论

纳米团簇的制备和表征

作者首先合成了F-Ce6-PEG，然后通过F-F相互作用将F-S-PAMAM-Pt，PFC和F-Ce6-PEG组装成ROS敏感的FS @ PMPt和非ROS敏感的FN @ PMPt纳米簇。FS @ PMPt和FN @ PMPt都是是球形的（图2A-B）。由于F-F相互作用的强大力量和PEG的保护，FS @ PMPt和FN @ PMPt均显示出良好的胶体稳定性（图2C）。如图2D中的药物释放显示，一旦受到激光照射，FS @ PMPt中顺铂前药的释放比对FN @ PMPt释放的快得多（图2D）。它们均表现出优异的携氧能力和ROS产生能力（图2E）。

图2，纳米团簇的理化特性。（A）FS @ PMPt的透射电子显微镜（TEM）图像。（B）FS @ PMPt和FN @ PMPt的流体动力学尺寸和ζ电势。（C）FS @ PMPt和FN @ PMPt在10％胎牛血清（FBS）溶液中的胶体稳定性。（D）在有或没有激光触发的情况下，FS @ PMPt和FN @ PMPt的体外药物释放。（E）不加或不加氧的纳米团簇在脱氧纯水中溶解氧浓度随时间的变化。

体外抗肿瘤功效

接着，作者为了检测4T1细胞中PMPt前药的细胞摄取，将异硫氰酸荧光素（FITC）缀合在PMPt的氨基端，并进行流式细胞术测定。结果表明，激光处理下，ROS敏感的FS @ PMPt纳米簇中的PMPt前药更快进入细胞（图3A）。由于其较大的粒径和PEG封装，FS @ PMPt渗透性较差，一旦被激光触发，其深层穿透能力显著增强（图3B）。药物的摄取和渗透都是为了达到有效的抗肿瘤功效。激光处理FS @ PMPt 可诱导更多的4T1细胞凋亡（图3D）。此外，足够的载氧能力可以通过光动力疗法确保产生足够的ROS，从而促进ICD诱导的免疫激活。FN @ PMPt和FS @ PMPt在激光照射下表现出强大的ROS生成能力，这确保了PMPt前药的ROS敏感释放和进一步的肿瘤渗透。

图3，体外抗肿瘤功效。（A）在用纳米团簇进行不同处理之后，通过流式细胞术分析了细胞摄取。（B）3D 4T1肿瘤球体在用纳米团簇处理12 h后的代表性Z轴共聚焦图像。（C）用纳米团簇进行不同处理后4T1细胞的细胞活力和（D）细胞凋亡测定。（E）在对纳米团簇进行不同处理后，通过流式细胞术检测到的ROS生成。

体内抗肿瘤功效

作者在4T1原位肿瘤模型中评估了纳米团簇的抗肿瘤功效。结果显示，由于FS @ PMPt的良好稳定性，其抗肿瘤功效更好（图5A），且在激光处理时能明显肿瘤生长抑制作用，肿瘤体积减少，肿瘤细胞形态发生了变化，并观察到更多坏死（图5B-F）。这证明了ROS敏感释放PMPt前药渗透的重要性（图5C）。

图5，体内抗肿瘤功效。（A）给予或不给予激光的生理盐水，PMPt，FN @ PMPt和FS @ PMPt给药后4T1肿瘤的生长曲线。（B）图像和（C）所收集肿瘤的重量。（D）经过不同处理的4T1荷瘤小鼠的存活百分比。（E）用不同治疗方法对收集的肿瘤进行H＆E染色。

如何加热“寒冷”的肿瘤？中国药科大学孙敏捷团队《PNAS》：全氟化碳纳米簇打破了免疫抑制束缚!

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