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東華大學史向陽教授團隊 AM:具有免疫調節(jié)功能的含磷樹冠大分子載藥納米膠束通過協(xié)同調節(jié)多種免疫細胞增強腫瘤化學免疫治療
2022-11-01  來源:高分子科技

  近年來,免疫治療作為一種新的治療策略得到迅速的發(fā)展。其中部分化療藥物(如紫杉醇、阿霉素或奧沙利鉑)通過誘導腫瘤細胞發(fā)生免疫原性死亡(ICD),釋放腫瘤抗原和危險相關分子模式激活抗原,產生抗原特異性的免疫反應。盡管如此,由于高劑量的化療藥物存在藥物副作用大、治療效果差和易被內皮網(wǎng)狀系統(tǒng)清除等缺陷,腫瘤免疫微環(huán)境(TME)參與了免疫抑制的不同機制來逃避免疫監(jiān)視,單用化療產生的免疫調節(jié)效應仍難以產生強烈的抗腫瘤免疫反應。因此,開發(fā)一種有效協(xié)同調節(jié)多種免疫細胞的納米藥物以增強抗癌免疫治療至關重要。


  以NK細胞為基礎的免疫療法具有明顯的優(yōu)勢,如細胞識別時不受抗原特異性控制同時充當免疫系統(tǒng)的調節(jié)細胞,釋放穿孔素和顆粒酶等殺死異常細胞來調節(jié)先天性和獲得性免疫反應。此外,米托蒽酮、DOX、順鉑等化療藥物在增強NK細胞的敏感性和提高其細胞毒性方面具有一定的潛力。例如,DOX已被證明能夠通過上調腫瘤細胞中的TRAIL受體和下調細胞內的FLICE抑制蛋白來增強NK細胞的靶向性,并促進由Caspase-8裂解觸發(fā)的凋亡信號。


  在眾多的納米載體體系中,含磷樹狀大分子和PAMAM樹狀大分子具有顯著的不同之處,具有分子量均一、較強的剛性結構、自身的藥物活性等特性。例如,含磷樹狀大分子與金屬絡合物可以用于抗腫瘤治療應用,修飾磷酯酸鈉鹽的含磷樹狀大分子可以抑制外周血單核細胞(PBMC)中調節(jié)性T細胞(Tregs)的擴增并調節(jié)單核細胞和NK細胞之間的復雜信號誘導NK細胞增殖用于腫瘤的治療。


  由于含磷樹狀大分子具有的剛性結構使其難以物理封裝化療藥物,兩親性含磷樹冠大分子的發(fā)展解決了這一難題,可通過在水溶液中自組裝形成膠束用于封裝藥物。考慮到復雜的腫瘤微環(huán)境仍然是免疫細胞發(fā)揮有效抗腫瘤細胞活性的主要障礙,而針對PD-1/PD-L1的“免疫檢查點阻斷”(ICB)療法可通過抑制腫瘤細胞表面PD-L1的表達逆轉CD8+ T和NK細胞的衰竭,從而解除免疫抑制,恢復抗腫瘤免疫。因此,基于磷酯酸鈉鹽含磷樹冠大分子的免疫調節(jié)活性,并聯(lián)合腫瘤ICD和ICB療法有望重塑腫瘤免疫微環(huán)境并產生抗腫瘤免疫記憶效應。 


  為解決以上問題,東華大學史向陽教授團隊聯(lián)合法國國家科研中心配合物化學實驗室Jean-Pierre Majoral院士團隊制備了一種基于免疫調節(jié)性含磷樹冠大分子膠束的納米藥物,通過協(xié)同調節(jié)多種免疫細胞(如NK細胞、DC細胞T細胞)增強腫瘤化學免疫治療(圖1)。研究團隊首先通過發(fā)散法合成了以亞磷酸鈉鹽(M-G1-TBPNaTBP表示含有兩個二甲基磷酸的酪胺)封端的第1代兩親性含磷樹冠大分子。樹冠大分子能夠在水溶液中形成膠束有效包封化療藥物DOX。制備的納米藥物一方面通過DOX介導的化療促使腫瘤細胞凋亡,誘導強烈的ICD效應激活系統(tǒng)免疫和CD8+ T細胞的浸潤;另一方面,利用膠束自身的免疫調節(jié)活性,通過血液循環(huán)刺激PMBCNK細胞的特異性增殖,到達腫瘤部位發(fā)揮殺傷作用;此外,通過聯(lián)合ICB療法,M-G1-TBPNa@DOX納米藥物可產生增強的抗腫瘤免疫反應以及免疫記憶效應,從而實現(xiàn)高效的抗腫瘤轉移治療。


1. M-G1-TBPNa@DOX的合成及應用示意圖。


  研究團隊首先通過TEMAFM、粒徑和電勢變化證明了M-G1-TBPNa@DOX的成功合成(圖2A-F)。M-G1-TBPNa@DOX480 nm處出現(xiàn)DOX的特征吸收峰進一步證明納米藥物的成功制備(圖2G),其在水、PBS以及培養(yǎng)基中具有良好的膠體穩(wěn)定性(圖2H)。 


2.AM-G1-TBPNa和(BM-G1-TBPNa@DOXTEM圖;(CM-G1-TBPN和(DM-G1-TBPNa@DOXAFM圖;各材料的水合粒徑(E),電勢(F)及紫外吸收曲線(G);(HM-G1-TBPNa@DOX在水、PBS以及培養(yǎng)基中的粒徑變化曲線。


  研究團隊通過細胞吞噬實驗證明,小鼠黑色素瘤細胞B16細胞對M-G1-TBPNa@DOX的攝取呈濃度依賴性,其對M-G1-TBPNa@DOX的攝取程度大于DOX(圖3A-B),因而M-G1-TBPNa@DOX顯示出增強的促腫瘤細胞凋亡能力,促使促凋亡蛋白Bax、p53PTEN上調,抗凋亡蛋白Bcl-2下調(圖3C-E)。此外,通過Transwell實驗證明,M-G1-TBPNa@DOX可引起腫瘤細胞CRT外翻,刺激HMGB-1ATP釋放,從而在體外誘導腫瘤細胞發(fā)生免疫原性死亡,刺激樹突細胞熟化(圖3F-J)。 


3.A)不同材料處理后B16細胞內的熒光強度;(B)不同濃度的M-G1-TBPNa@DOX處理后B16細胞的激光共聚焦圖;(C-D)不同材料處理后B16細胞凋亡情況流式分析及(E)凋亡相關蛋白的Western blot試驗結果圖;(F)各組材料與B16細胞共孵育后,(FCRT的表達,(GHMGB-1的釋放,(HATP的分泌情況分析圖;(I-J)各組材料刺激DCs熟化的分析圖。對于(C-J):,PBS;,M-G1-TBPNa,free DOX;,M-G1-TBPNa@DOX;VLPS。


  隨后,團隊研究了M-G1-TBPNa@DOXPBMCsNK細胞增殖的影響及其體外抗腫瘤能力。實驗結果表明,制備的納米藥物可使PBMCsNK細胞擴增13.7%(圖4A-C,進一步研究發(fā)現(xiàn),處理后的PBMCs中釋放出更多的細胞因子IFN-γ,表達更高水平的穿孔素和顆粒酶B以更好地殺傷腫瘤細胞(圖4D-F。此外,M-G1-TBPNa@DOX處理后的PBMCsB16細胞共孵育后促進了腫瘤細胞中凋亡蛋白caspase-8caspase-3的表達,促進了細胞凋亡(圖4G-I)。 


4.AB16細胞與不同材料處理后的PBMCs共孵育的示意圖;不同材料處理下PBMCs中(B-CNK細胞的比例分析,(DIFN-γ的含量,(E)穿孔素的表達及(F)顆粒酶B的表達情況分析;B16細胞與不同材料處理后的PBMCs共孵育后,B16細胞的(G)細胞凋亡結果,(H)相關凋亡蛋白的Western blot試驗結果圖及(Icaspase-3的表達情況。對于(B-I):PBS;,IL-2;,IL-2+M-G1-TBPNa;,IL-2+M-G1-TBPNa@DOX


  研究團隊在小鼠體內構建B16皮下瘤模型,通過體外熒光成像驗證了M-G1-TBPNa@DOX可被動靶向到腫瘤區(qū)域并具有延長的血液循環(huán)時間。在體內抗腫瘤實驗中,M-G1-TBPNa@DOX+aPD-L1PD-L1抗體)取得最佳的腫瘤抑制效果,M-G1-TBPNa@DOX可誘導腫瘤細胞發(fā)生ICD,分泌相關細胞因子熟化樹突細胞(圖A-F)。同時aPD-L1阻斷了免疫檢查點,恢復了T細胞和NK細胞對腫瘤細胞的殺傷能力,經(jīng)流式分析,聯(lián)合治療后小鼠脾臟和腫瘤部位的CD4+CD8+T細胞的比例顯著升高,腫瘤部位Tregs下調(圖5G-L)。同時,M-G1-TBPNa@DOX+aPD-L1的聯(lián)合治療使得PBMCs、腫瘤、脾臟部位NK細胞的比例上升,這充分表明腫瘤免疫抑制微環(huán)境被逆轉,聯(lián)合治療引起了最有效的系統(tǒng)免疫應答。 


5.A)小鼠腫瘤部位CRT的分布;(B-C)淋巴結的樹突細胞熟化情況結果分析圖;血清中(DIL-6、(EIL-12p70、(FTNF-α的表達水平;(G-I)腫瘤部位CD4+CD8+T細胞的分布情況;(JCD8+/CD4+ T細胞的比例;(K)腫瘤部位Tregs的表達水平分析;(LCD8+T細胞與Tregs的比值。


  隨后,研究團隊進一步評估了M-G1-TBPNa@DOX+aPD-L1的聯(lián)合療法在體內產生的長期免疫記憶效應,在聯(lián)合治療的基礎上進行了抗腫瘤轉移實驗(圖6A)。研究發(fā)現(xiàn)聯(lián)合治療使小鼠脾臟和淋巴結中的記憶T細胞含量顯著增加(圖6B-F),并且抑制了腫瘤的肺轉移情況(圖6G-I)。 



6.A)小鼠體內抗腫瘤轉移實驗示意圖。(B)脾臟部位、(C)淋巴結部位的記憶T細胞比例分析。(D)脾臟部位中央記憶T細胞和(E)效應記憶T細胞比例分析;(FIFN-γ的表達情況;(G-I)各組小鼠經(jīng)治療后抗腫瘤轉移實驗結果。


  簡而言之,該研究設計的M-G1-TBPNa@DOX納米藥物具有以下優(yōu)勢:1)構建的納米藥物膠束顯著提高了DOX的生物利用度并降低了其副作用,DOX介導的化療作用促進了腫瘤細胞凋亡,誘導腫瘤細胞發(fā)生ICD,激活免疫系統(tǒng);2)納米膠束固有的免疫調節(jié)活性促使PBMCs中的NK細胞增殖,通過血液循環(huán)作用被招募到腫瘤部位,協(xié)同其余免疫細胞發(fā)揮抗腫瘤功能;3M-G1-TBPNa@DOXaPD-L1的聯(lián)合治療有效產生長期免疫應答并抑制腫瘤轉移。本研究制備的M-G1-TBPNa@DOX為協(xié)同調節(jié)多種免疫細胞以實現(xiàn)增強的抗腫瘤化學免疫治療提供了新思路。


  以上研究成果以Phosphorous Dendron Micelles as a Nanomedicine Platform for Cooperative Tumor Chemoimmunotherapy via Synergistic Modulation of Immune Cells”為題,在線發(fā)表于國際著名期刊Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202208277)。東華大學生物與醫(yī)學工程學院史向陽教授為通訊作者,博士研究生詹夢偲為第一作者。該工作得到了國家自然科學基金委、上海市科委及上海市領軍人才計劃等項目的資助。


  文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202208277

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(責任編輯:xu)
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