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  代謝重編程是癌癥的一大特征。在此過程中，癌細胞過度表達的缺氧誘導(dǎo)因子-1α?xí)龠M乳酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶激酶的表達。乳酸作為一種重要的代謝產(chǎn)物在腫瘤微環(huán)境（TME）中蓄積，通過誘導(dǎo)免疫抑制和削弱免疫細胞的功能，促進惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。因此，降低TME中的乳酸水平是增強抗癌免疫反應(yīng)的有效策略。

  與葡萄糖代謝有關(guān)的天然酶，如葡萄糖氧化酶、己糖激酶和乳酸氧化酶（LOx），是具有良好的生物相容性和高度特異性的催化劑，可直接消耗癌癥的關(guān)鍵代謝產(chǎn)物和能量來源。最近，針對乳酸調(diào)節(jié)的癌癥代謝療法備受關(guān)注，特別是LOx能將TME中的乳酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸和過氧化氫（H₂O₂），從而直接消耗TME中的乳酸水平。然而，天然酶（如LOx）缺乏理想的穩(wěn)定性，不利于細胞吸收和體內(nèi)應(yīng)用。因此，開發(fā)一種有效遞送LOx的納米藥物以增強抗癌免疫治療至關(guān)重要。

  在各種納米材料中，樹狀大分子，尤其是聚酰胺-胺（PAMAM）樹狀大分子，因其獨特的物理化學(xué)和結(jié)構(gòu)特性而備受關(guān)注。根據(jù)以往的研究，苯硼酸（PBA）修飾的PAMAM樹狀大分子能夠有效地在細胞內(nèi)輸送蛋白質(zhì)/酶和遺傳物質(zhì)（ACS Nano 2023, 17, 23889?23902）。根據(jù)課題組之前的研究顯示，PAMAM樹狀大分子可通過表面修飾的吡啶（Pyr）配體與Cu(II)配位，從而促進腫瘤磁共振成像和基于類芬頓反應(yīng)的高效活性氧（ROS）生成（Nano Today 2021, 41, 101325；Nano Today 2020, 33, 100899；Nano Lett. 2019, 19, 1216?1226）。據(jù)推測，Cu(II)/樹狀大分子絡(luò)合物可被開發(fā)為一種遞送LOx的載體系統(tǒng)，通過對腫瘤進行聯(lián)合代謝干預(yù)和CDT，進而大大提高抗腫瘤療效。

圖1.（a）D-Cu(II)復(fù)合物的合成和（b）治療L1210白血病和C6膠質(zhì)瘤的作用機制。

圖2.（a）CuCl₂、G5-PBA-Pyr和D-Cu(II)在不同G5 PAMAM/Cu(II)摩爾比下的紫外可見光譜；（b）602 nm處的紫外可見吸光度隨Cu(II)/ G5 PAMAM摩爾比變化的擬合曲線；（c）CuCl₂、G5-PBA、G5-PBA-Pyr和D-Cu(II)在水溶液中的紫外可見光譜；（d）D-Cu(II)復(fù)合物的TEM圖片和（e）粒徑分布直方圖；（f）D-Cu(II)分別分散在水、PBS和DMEM中一周內(nèi)的水動力尺寸；（g）CuCl₂或D-Cu(II)在不同Cu濃度下的1/T₁線性擬合和（h）MR偽彩圖；（i）MB、H₂O₂和D-Cu(II)混合后在不同GSH濃度下于37 ℃作用4 h的照片和（j）紫外吸收曲線。

圖3.（a）以L1210小鼠白血病細胞和C6膠質(zhì)瘤細胞為模型，體外檢測D-Cu(II)/LOx復(fù)合物的抗癌性能；（b）L1210和（c）C6細胞在不同Cu濃度的CuCl₂、D-Cu(II)或D-Cu(II)/LOx處理后的細胞活力；（d）L1210和（e）C6細胞在不同處理后的細胞內(nèi)LPO水平；（f）L1210和（g）C6細胞在不同處理后的細胞內(nèi)ROS水平。

圖5.（a）L1210白血病治療方案示意圖；L1210白血病小鼠的（b）相對體重、（c）存活率、（d）肝臟重量和（e）脾臟重量；小鼠腹水中（f）細胞內(nèi)和（g）細胞外乳酸含量；（h）L1210白血病小鼠白細胞檢測。

  通過Wright-Giemsa染色檢測外周血白血病細胞水平（圖6a），D-Cu(II)/LOx + LA-1組在外周血中顯示出最明顯的白血病細胞減少效果。同時，從圖6b和圖6d可以看出，D-Cu(II)/LOx + LA-1組小鼠骨髓內(nèi)CD38熒光強度最低，表明骨髓內(nèi)白血病細胞浸潤減少。同時，D-Cu(II)/LOx + LA-1組骨髓中的MDSCs細胞積累減少（圖6c）。T細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)對抑制白血病細胞的生長具有重要作用。因此，他們研究了小鼠脾臟中效應(yīng)T細胞的比例。與其他組相比，D-Cu(II)/LOx + LA-1組的CD4⁺（圖6e）和CD8⁺（圖6f）T細胞均顯著上調(diào)，同時，Tregs細胞明顯減少（圖6g），顯示出T細胞活性增強。骨髓細胞中M2 TAM（圖6h）和MDSC（圖6i）細胞浸潤百分比顯著降低，表明D-Cu(II)/LOx + LA-1聯(lián)合治療可有效緩解體內(nèi)免疫抑制。

圖6.（a）L1210白血病小鼠在不同處理下的血樣Wright-Giemsa染色；（b）小鼠骨髓切片CD38和（c）CD11b/Gr1的免疫熒光圖像；（d）小鼠骨髓中CD38的相對表達量；（e）小鼠脾臟中CD4⁺ T細胞、（f）CD8⁺ T細胞和（g）Tregs的比例；（h）小鼠骨髓中M2 TAM和（i）MDSC的比例。

  接下來，他們繼續(xù)在原位腦膠質(zhì)瘤模型中檢查納米遞送系統(tǒng)的治療效率。在活體（圖7a-b）和離體（圖7c）熒光圖像中，可以清楚地觀察到D-Cu(II)/Cy5.5-LOx@M組中紅色熒光信號的積累增強，這表明巨噬細胞膜涂層使納米系統(tǒng)具有優(yōu)異的BBB穿越性能。在原位膠質(zhì)瘤小鼠模型中測試D-Cu(II)/LOx和D-Cu(II)/LOx@M的體內(nèi)T₁加權(quán)MR成像性能（圖7d-e），表明開發(fā)的D-Cu(II)/LOx@M是一種有效的MR成像造影劑，可用于原位腦膠質(zhì)瘤的診斷。

圖7.（a）不同時間點的體內(nèi)熒光成像和（b）腦內(nèi)平均輻射效率；（c）主要器官的離體熒光成像;（d）體內(nèi)腦膠質(zhì)瘤T₁加權(quán)MR成像（腫瘤部位用紅色虛線圈表示）和（e）信噪比。

  接下來，團隊在C6原位腦膠質(zhì)瘤模型（圖8a）中評估樹狀大分子遞送平臺聯(lián)合LA-1治療的體內(nèi)抗腫瘤功效。通過T₁加權(quán)MR成像實時監(jiān)測不同處理后小鼠腫瘤的相對體積變化（圖8b）。定量分析表明，腫瘤生長均可受到不同程度的抑制（圖8c），大大延長小鼠的總生存時間（圖8d），減輕小鼠的快速體重下降（圖8e）。從H&E染色（圖8f）結(jié)果中可以清楚地看到，最后兩組的腫瘤生長明顯受到抑制。通過對膠質(zhì)瘤局部TME的分析發(fā)現(xiàn)，最后兩組M2 TAM（圖8g）和MDSCs（圖8h）細胞的積累減少，CD8⁺T（圖8i）細胞的浸潤增加，Ki67水平明顯降低（圖8j）。

圖8.（a）C6原位膠質(zhì)瘤模型建立及治療方案；（b）第1、4、7天的代表性MR圖像；（c）小鼠的定量RTV、（d）存活率、（e）體重；（f）第11天小鼠腦切片的代表性H&E染色；（g）F4/80/CD206、（h）CD11b/Gr1和（i）CD8的代表性免疫熒光染色圖；（j）Ki67定量分析結(jié)果。

  簡而言之，他們開發(fā)了功能化D-Cu(II)復(fù)合物遞送LOx，用于乳酸代謝干預(yù)、CDT和T₁加權(quán)MR成像，從而有效地治療癌癥，并且可以通過結(jié)合免疫激動劑LA-1來增強免疫反應(yīng)。這種基于樹狀大分子的納米藥物D-Cu(II)/LOx可以有效緩解小鼠白血病的癥狀，并在MR成像引導(dǎo)下，通過包覆巨噬細胞膜（D-Cu(II)/LOx@M）穿越BBB治療小鼠原位腦膠質(zhì)瘤模型。重要的是，在這兩種癌癥模型治療中，他們證明了樹狀大分子平臺結(jié)合LOx介導(dǎo)的乳酸消耗和Cu(II)介導(dǎo)的CDT，小鼠的總生存時間和抗腫瘤免疫反應(yīng)得到改善，重塑免疫抑制性TME，極大地敏化了免疫激動劑LA-1的治療效果，從而增強抗腫瘤免疫反應(yīng)。本研究制備的D-Cu(II)/LOx為協(xié)同化學(xué)動力學(xué)治療和代謝干預(yù)治療進而實現(xiàn)增強的抗腫瘤免疫治療提供了新思路。

  以上研究成果以“Dendrimer-Cu(II) Complexes Mediate Enzyme Delivery for Lactate Depletion-Enhanced Combinational Treatment of Leukemia and Glioma”為題，在線發(fā)表于國際著名期刊Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202420825)。東華大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院沈明武研究員/史向陽教授和白俄羅斯國家科學(xué)院生物物理與細胞工程研究所Dzmitry  Shcharbin教授為共同通訊作者，博士研究生李愛雨為第一作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委及白俄羅斯基礎(chǔ)研究基金會等項目的資助。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202420825