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華中大楊光、武大孫志軍/卜琳琳《Nano Res.》:植入式多功能氧化細(xì)菌纖維素膜聯(lián)合光熱增強(qiáng)腫瘤免疫治療抑制頭頸鱗癌術(shù)后復(fù)發(fā)
2022-09-28  來源:高分子科技

  頭頸部鱗狀細(xì)胞癌是臨床上最常見的癌癥之一。由于其進(jìn)展迅速,60%以上的病例發(fā)現(xiàn)時已是中晚期,而在晚期患者中,又有50%-60%的患者會出現(xiàn)術(shù)后復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致5年生存率較低。手術(shù)切除被認(rèn)為是臨床治療頭頸鱗癌的主要手段。約40%-60%的晚期HNSCC患者在手術(shù)后會出現(xiàn)局部復(fù)發(fā),常規(guī)化療和放療經(jīng)常用于預(yù)防術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)。然而,這些都受到全身毒性、耐藥性和免疫系統(tǒng)損傷的限制。近日,華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊光教授團(tuán)隊與武漢大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院孫志軍教授團(tuán)隊以細(xì)菌纖維素(BC)為基材,合作構(gòu)建了一種多功能的可植入的氧化細(xì)菌纖維素膜給藥模型(TB/αPD-1@AuNCs/OBC)。該研究在氧化細(xì)菌纖維素膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中負(fù)載凝血酶與金納米籠荷載PD-1抗體應(yīng)用于頭頸鱗癌術(shù)后治療,更高效的誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡,提高免疫檢查點阻斷治療的響應(yīng)率,抑制腫瘤術(shù)后的復(fù)發(fā)。


  該研究成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Nano Research上,題為“Implantable Versatile Oxidized Bacterial Cellulose Membrane for Postoperative HNSCC Treatment via Photothermal-Boosted Immunotherapy”。 


  該給藥模型通過金納米籠的光熱效果,在腫瘤部位產(chǎn)生活性氧(ROS),誘導(dǎo)腫瘤部位的細(xì)胞焦亡,釋放腫瘤相關(guān)抗原,活化抗原提呈細(xì)胞,進(jìn)而激活T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫。顯著提高免疫檢查點阻斷的響應(yīng)率,從而抑制腫瘤生長復(fù)發(fā),延長了小鼠生存時間。該給藥模型具有優(yōu)秀的生物安全性,展現(xiàn)了良好的生醫(yī)交叉效應(yīng)及極佳的臨床應(yīng)用前景。 



1.AgNCs 透射電鏡圖(TEM 與掃描電鏡圖(FESEM);AuNCs 透射電鏡圖(TEM 與掃描電鏡圖(FESEM


  由于金納米籠(AuNCs)優(yōu)異的藥物遞送和光熱轉(zhuǎn)化能力,該研究選擇AuNCs作為其主要的藥物遞送載體。采用電流置換法通過AgNCs制備而成。從圖1的電鏡圖可看到AuNCs具有中空多孔的結(jié)構(gòu),有利于其進(jìn)一步負(fù)載免疫檢查點阻斷抗體PD-1得到αPD-1@AuNCs 



2.植入式多功能氧化細(xì)菌纖維素膜(TB/αPD-1@AuNCs/OBC)制備過程中不同部分的FESEM圖像。


  細(xì)菌纖維素膜(BC)是由微生物菌株合成的生物聚合物。它形成三維納米纖維網(wǎng)絡(luò),具有高純度、高結(jié)晶度、高機(jī)械強(qiáng)度、高孔隙率和良好的生物相容性等優(yōu)點然而,BC的一個缺點是在體內(nèi)植入的情況下缺乏生物降解性。氧化過程可以賦予BC生物降解性。圖2顯示OBC經(jīng)過TEMPO介導(dǎo)的氧化后,依然可見纏結(jié)的纖維結(jié)構(gòu)。并且負(fù)載的藥物充滿了整個三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 


3.αPD-1@AuNCs的體外實驗:(A)不同治療后細(xì)胞釋放HMGB1的細(xì)胞熒光;(B)不同治療后細(xì)胞釋放ATP的情況;(C)不同治療后細(xì)胞釋放LDH的程度;(D)不同治療后細(xì)胞焦亡相關(guān)蛋白的表達(dá)情況。


  隨后該研究在體外檢測了αPD-1@AuNCs的相關(guān)機(jī)制。在激光照射下αPD-1@AuNCs產(chǎn)生光熱效應(yīng),誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡,釋放細(xì)胞內(nèi)的炎性物質(zhì)HMGB, ATP, LDH)等,最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。 


4.(A)頭頸鱗癌小鼠術(shù)后模型的治療示意圖;(B)不同治療的小鼠的腫瘤復(fù)發(fā)的生長曲線;(C)不同治療的小鼠體重的變化曲線;(D)不同治療的小鼠生存曲線;(E)不同治療的小鼠的活體成像。


  為了評估TB/αPD-1@AuNCs/OBC治療腫瘤復(fù)發(fā)的能力,該研究將TB/αPD-1@AuNCs/OBC應(yīng)用于頭頸鱗癌小鼠術(shù)后復(fù)發(fā)模型,TB/αPD-1@AuNCs/OBC+L可顯著抑制腫瘤的復(fù)發(fā),TB/αPD-1@AuNCs/OBC+L組的小鼠中有80%的小鼠可以存活超過80天。顯著的延長了小鼠的生存周期。 


5.(A)不同治療小鼠淋巴結(jié)中成熟樹突狀細(xì)胞(DCs)的比例及定量分析;(B)不同治療小鼠脾臟中CD8+T細(xì)胞的比例及定量分析;(C)不同治療小鼠脾臟中髓源性抑制細(xì)胞(MDSCs)的比例及定量分析。


  最后該研究采用流式細(xì)胞術(shù)檢測了主要免疫器官中的免疫相關(guān)細(xì)胞的富集程度。


  經(jīng)過TB/αPD-1@AuNCs/OBC+L治療后,成功促進(jìn)淋巴結(jié)中的DCs成熟,增加了脾臟中CD8+T細(xì)胞的浸潤,降低了髓源性抑制細(xì)胞的數(shù)量,有效地產(chǎn)生增強(qiáng)的腫瘤免疫應(yīng)答。


  該工作由華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊光教授團(tuán)隊與武漢大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院孫志軍教授團(tuán)隊共同合作完成。論文共同第一作者為華中科技大學(xué)李曉宏博士(現(xiàn)為上海硅酸鹽研究所博士后)、武漢大學(xué)博士生周俊杰。華中科技大學(xué)楊光教授、武漢大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院孫志軍教授、武漢大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院卜琳琳副教授為該文章的共同通訊作者。


  該工作得到了國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號 51973076、82072996、81874131和81702730)、中國博士后科學(xué)基金(批準(zhǔn)號 2018M630883和2019T120688)武漢市青年醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)項目等的支持。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1007/s12274-022-4811-7

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