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  癌癥疫苗因可以引發(fā)腫瘤特異性的免疫應(yīng)答和長(zhǎng)期的免疫記憶，近年來備受關(guān)注。但也面臨著抗原免疫原性低和腫瘤異質(zhì)性等問題，而造成抗腫瘤免疫效果有限，導(dǎo)致腫瘤治療不徹底，容易復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。雖然化療、放療或光療等能引發(fā)機(jī)體產(chǎn)生自體腫瘤抗原，克服腫瘤異質(zhì)性問題，但由于抗原體內(nèi)存在時(shí)間有限，而無法引發(fā)機(jī)體強(qiáng)的持續(xù)的免疫反應(yīng)。

  針對(duì)以上問題，華中科技大學(xué)王芹教授課題組與朱艷紅教授合作，基于仿貽貝強(qiáng)黏附性的兒茶酚基團(tuán)，構(gòu)建負(fù)載光熱試劑MnO₂納米粒的溫敏納米凝膠（MnO₂@PND），用于瘤內(nèi)注射后原位形成凝膠捕獲光熱效應(yīng)產(chǎn)生的腫瘤衍生蛋白抗原（TDPAs），形成“抗原庫(kù)”，充當(dāng)自體腫瘤疫苗，持續(xù)釋放抗原，以增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)。

  該“抗原庫(kù)”的形成機(jī)制及引發(fā)的抗腫瘤免疫應(yīng)答示意圖如圖1所示。較高濃度MnO₂@PND納米凝膠分散體經(jīng)瘤內(nèi)注射后，原位形成宏觀凝膠。在近紅外光照射下，具有良好光熱效應(yīng)的MnO₂納米粒將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鹉[瘤細(xì)胞發(fā)生免疫原性死亡，由此釋放大量自體腫瘤衍生蛋白抗原，作為免疫刺激物，避免了腫瘤異質(zhì)性問題。這些抗原被黏附性水凝膠捕獲后，可避免被機(jī)體快速清除；捕獲了抗原的水凝膠原位形成“抗原庫(kù)”，持續(xù)釋放抗原，招募更多的DCs來攝取抗原，并刺激T細(xì)胞轉(zhuǎn)變成效應(yīng)T細(xì)胞，由此激發(fā)機(jī)體強(qiáng)烈而持久的抗腫瘤免疫反應(yīng)。

圖1 “抗原庫(kù)”形成機(jī)制及由此引發(fā)的抗腫瘤免疫應(yīng)答示意圖

  該MnO₂@PND溫敏納米凝膠首先由溫敏性單體N-異丙基丙烯酰胺和含有兒茶酚結(jié)構(gòu)的3-甲基丙烯酰多巴胺經(jīng)自由基聚合而形成PND納米凝膠，再通過原位礦化法負(fù)載上MnO₂納米粒而得到（圖2a）。形成的PND和MnO₂@PND的水化直徑均約為200 nm（圖2b-2e），MnO₂@PND 結(jié)構(gòu)采用紅外、XPS和XRD等進(jìn)行了確認(rèn)，其低的臨界溶解溫度為29 °C（圖2f, 2g）。由此得到的濃度為100 mg mL^-1 的MnO₂@PND水分散體在室溫下為可流動(dòng)的溶膠，在體溫下因疏水作用增強(qiáng)而形成宏觀凝膠（圖2h, 2i）。

圖2 MnO₂@PND納米凝膠的制備路線圖與基本特性

a. MnO₂@PND納米凝膠的制備路線示意圖；b. PND納米凝膠的水合粒徑分布；c. PND納米凝膠的TEM照片；d. MnO₂@PND納米凝膠的水合粒徑分布；e. MnO₂@PND納米凝膠的TEM照片；f. MnO₂@PND中Mn的X射線電子能譜分析圖譜；g. MnO₂@PND納米凝膠的溫敏性；h. 濃度對(duì)MnO₂@PND納米凝膠分散體溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變溫度的影響；i. MnO₂@PND納米凝膠分散體的儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G′′隨溫度的變化。

  MnO₂@PND納米凝膠以及由此形成的宏觀水凝膠因兒茶酚結(jié)構(gòu)的存在而對(duì)模型蛋白和TDPAs均有良好的吸附性（圖3a-e）。MnO₂@PND水凝膠對(duì)含有TDPAs的蛋白吸附量為不含兒茶酚基團(tuán)的凝膠（MnO₂@PNI）的2倍以上。捕獲了TDPAs的凝膠皮下注射后可招募更多的DCs匯集到注射點(diǎn)附近（圖3f，3g），并刺激更多的DCs成熟（圖3h，3i）。

圖3 體外MnO₂@PND的“抗原捕獲”及免疫刺激作用

a. 形成的MnO₂@PND水凝膠對(duì)胎牛血清中蛋白的吸附比例；b. MnO₂@PND納米凝膠粒徑在與腫瘤細(xì)胞裂解液孵育前后的變化；c. 腫瘤細(xì)胞裂解液孵育前后MnO₂@PND納米凝膠Zeta電位的變化；d. 捕獲的腫瘤裂解液中總蛋白的含量；e. 捕獲后細(xì)胞裂解液上清中HMGB1的濃度；f. 捕獲抗原的MnO₂@PND體內(nèi)注射5天后召集DCs免疫熒光代表圖；g. 體內(nèi)召集DCs免疫熒光強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)圖；h. 捕獲抗原的MnO₂@PND體外促進(jìn)DCs成熟流式細(xì)胞代表圖；i. 體外促進(jìn)DCs成熟流式細(xì)胞統(tǒng)計(jì)圖.

  如圖4a，對(duì)小鼠4T1乳腺癌皮下瘤進(jìn)行治療。結(jié)果表明，瘤內(nèi)注射MnO₂@PND水凝膠并結(jié)合NIR光熱治療后，可使原發(fā)腫瘤在治療后第4天幾乎完全消除且不復(fù)發(fā)（圖4b-4d），并可有效激活機(jī)體的抗腫瘤免疫應(yīng)答（3e-3h）。

圖4 原發(fā)瘤治療效果與免疫應(yīng)答

a. 原發(fā)瘤治療過程示意圖；b. 腫瘤生長(zhǎng)曲線；c. 不同時(shí)間點(diǎn)各組小鼠代表性照片；d. 腫瘤照片（第14天）；e. 治療5天后腫瘤引流淋巴結(jié)中成熟DCs流式細(xì)胞代表性圖片及f. 成熟DCs占比流式統(tǒng)計(jì)圖；g. 治療14天后血清中的干擾素-γ（IFN-γ）水平和h. 血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）水平.

  這種可注射黏附性水凝膠經(jīng)瘤內(nèi)注射，在NIR激光照射捕獲了自體腫瘤抗原后，可在腫瘤部位存在長(zhǎng)達(dá)14天以上，由此激發(fā)持久而強(qiáng)烈的抗腫瘤免疫反應(yīng)，可使機(jī)體在未使用任何免疫佐劑或免疫檢查點(diǎn)抑制劑的情況下，仍能顯著抑制遠(yuǎn)端腫瘤和再次接種腫瘤的生長(zhǎng)。如圖5所示，荷瘤鼠被治療后第40天，在對(duì)側(cè)皮下再次接種腫瘤細(xì)胞，相較于利用手術(shù)切除和非抗原捕獲凝膠光熱治療的小鼠，基于MnO₂@PND光熱治愈的小鼠的再接種瘤被顯著抑制（圖5b-5d），這可歸因于小鼠體內(nèi)產(chǎn)生了較多的效應(yīng)記憶T細(xì)胞（圖5e，5f）和較高水平的抗腫瘤細(xì)胞因子（圖5g-5j）。

圖5 再次接種種瘤治療效果

a. 再次接種腫瘤治療過程示意圖；b. 再種瘤腫瘤生長(zhǎng)曲線；c. 不同時(shí)間點(diǎn)各組小鼠代表性照片；d. 腫瘤照片（第60天）；e. 首次治療40天后脾臟中效應(yīng)記憶T細(xì)胞流式細(xì)胞代表圖；f. 根據(jù)流式細(xì)胞圖統(tǒng)計(jì)的效應(yīng)記憶T細(xì)胞百分含量；g. 血清中的干擾素-γ（IFN-γ）水平（第30天）；h.血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）水平（第30天）；i. 血清中的干擾素-γ（IFN-γ）水平（第45天）；j. 血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）水平（第45天）.

  以上相關(guān)成果以 “Injectable Adhesive Hydrogel as Photothermal‐Derived Antigen Reservoir for Enhanced Anti‐Tumor Immune”發(fā)表在Advanced Functional Materials上。論文的第一作者為華中科技化學(xué)與化工學(xué)院博士生樊滿，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王芹教授與生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院朱艷紅教授為共同通訊作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202010587