化療因其無(wú)創(chuàng)傷性、普遍性和全身治療性,一直是腫瘤臨床治療的主要方式之一。但化療藥物通常具有疏水性、不穩(wěn)定性、藥代動(dòng)力學(xué)差、生物利用度低、非靶向特異性等特點(diǎn),從而導(dǎo)致治療效果不理想和全身毒副作用。同時(shí),單一化療難以應(yīng)對(duì)腫瘤的復(fù)雜性和異質(zhì)性,易導(dǎo)致腫瘤耐藥和復(fù)發(fā)。目前,提高化療療效主要有兩種策略:一方面,開(kāi)發(fā)納米級(jí)給藥系統(tǒng),在腫瘤部位富集藥物,從而降低對(duì)正常組織的毒性,提高抗腫瘤療效;另一方面,通過(guò)雙藥/多藥介導(dǎo)的聯(lián)合化療或化療與其他治療方式的協(xié)同,顯著提高腫瘤治療效果。
化學(xué)動(dòng)力學(xué)療法(CDT)在腫瘤特異性治療中具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí),CDT可破壞癌細(xì)胞的氧化還原平衡,降低其抗氧化能力,從而增加癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性。過(guò)渡金屬離子可與腫瘤微環(huán)境(TME)中的過(guò)氧化氫(H2O2)發(fā)生芬頓或類(lèi)芬頓反應(yīng)生成劇毒的羥基自由基(×OH),通過(guò)CDT誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。特別是,鐵離子(Fe3+)可消耗TME中的谷胱甘肽(GSH),并產(chǎn)生亞鐵離子(Fe2+)。Fe3+和生成的Fe2+都會(huì)進(jìn)一步與TME中的H2O2反應(yīng)生成×OH,從而降低抗氧化能力,并增強(qiáng)癌細(xì)胞的CDT。有趣的是,Fe3+介導(dǎo)的GSH氧化和Fe2+介導(dǎo)的芬頓反應(yīng)的聯(lián)合可以在Fe3+和Fe2+之間形成了一個(gè)循環(huán),持續(xù)消耗GSH并產(chǎn)生活性氧(ROS),從而增強(qiáng)癌癥治療效果。
棉酚(Gos)是一種天然多酚化合物,因其強(qiáng)大的抗腫瘤活性而被視為一種潛在的化療藥物。Gos不僅能引起線粒體功能障礙,還能直接與抗凋亡蛋白Bcl-2結(jié)合,抵消其抗凋亡作用,從而引發(fā)癌細(xì)胞凋亡。與正常細(xì)胞不同,癌細(xì)胞受到持續(xù)的氧化應(yīng)激(OS)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)的影響。因此,Gos介導(dǎo)的化療和ROS依賴(lài)性CDT的協(xié)同治療有望放大OS,從而提高治療效果。此外,IRE1a-X-box結(jié)合蛋白1(XBP1)作為ERS的關(guān)鍵傳感器和反應(yīng)器,被研究用于促進(jìn)腫瘤治療。即癌細(xì)胞能激活IRE1a來(lái)剪接XBP1并形成剪接的XBP1(XBP1s),從而適應(yīng)ERS并存活下來(lái)。作為一種天然腺苷類(lèi)似物,豐加霉素(Toy)能夠阻斷IRE1a-XBP1通路來(lái)加劇ERS并誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡,從而顯示出良好的抗腫瘤活性。因此,將Gos誘導(dǎo)的線粒體功能障礙和ROS生成、Toy加劇的ERS和Fe3+介導(dǎo)的CDT整合在一起,有望為高效治療腫瘤提供一種充滿前景的方法。
“All-in -one”納米平臺(tái)已經(jīng)被用于有效遞送化療藥物。然而,輔料或載體帶來(lái)的低藥物負(fù)載率、免疫原性和毒性等挑戰(zhàn)對(duì)納米藥物的臨床轉(zhuǎn)化構(gòu)成了重大障礙。有趣的是,通過(guò)活性成分自組裝構(gòu)建的無(wú)載體全活性納米平臺(tái)具有巨大的優(yōu)勢(shì),包括改善藥物輸送、增強(qiáng)腫瘤治療效果和減少毒副作用。最近,由金屬離子和多酚化合物自組裝而成的金屬酚類(lèi)納米材料正在成為一種全活性納米藥物,并具有良好的抗腫瘤效果和臨床轉(zhuǎn)化潛力。特別是Fe3+很容易與多酚化合物配位自組裝形成金屬酚納米材料,受益于Fe3+的高r1弛豫率和芬頓反應(yīng)的催化活性,其T1MR成像和CDT療效極佳。因此,將Gos、Fe3+和Toy自組裝成金屬酚納米藥物有望促進(jìn)高效精準(zhǔn)的腫瘤治療。
此外,單獨(dú)化療或CDT已被證實(shí)可誘導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡(ICD)以激活抗腫瘤免疫響應(yīng),因?yàn)榘l(fā)生ICD的腫瘤細(xì)胞可釋放損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)使樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)成熟,從而激活細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞。然而,腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)的程序性細(xì)胞死亡配體1(PD-L1)會(huì)通過(guò)逃避免疫監(jiān)視而導(dǎo)致T細(xì)胞失活或衰竭。為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題,PD-L1抗體(A-PD-L1)已被用于通過(guò)免疫檢查點(diǎn)阻斷(ICB)恢復(fù)T細(xì)胞的活性,從而激活全身性抗腫瘤免疫。
圖1. GFT NCs的微流控合成及其腫瘤診療應(yīng)用示意圖。
顯然,納米藥物的可重復(fù)性制備和均一理化特性是其臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。 然而,傳統(tǒng)的濕化學(xué)合成方法由于無(wú)法精確控制合成過(guò)程,往往難以制備出具有良好均一性和穩(wěn)定性的高質(zhì)量納米藥物,而微流控技術(shù)由于能夠通過(guò)控制反應(yīng)流體、流量比(FRR)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來(lái)精確控制納米平臺(tái)的粒度、形態(tài)和組分,因此在制備高質(zhì)量納米材料方面具有極大的優(yōu)越性。因此,采用微流控技術(shù)制備一系列基于金屬有機(jī)框架、脂質(zhì)、凝膠和礦化腫瘤細(xì)胞的高質(zhì)量納米藥物用于癌癥治療至關(guān)重要。此外,S形通道還有助于流體的充分混合。因此,微流體技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)一步可控制備全活性金屬酚納米藥物。
圖2. GFT NCs的表征。(A)GFT NCs的TEM圖像;(B)GFT NCs的水合粒徑和電勢(shì);Gos、Toy和GFT NCs的紫外圖譜(C)和紅外圖譜(D);GFT NCs的XPS圖譜(E)和高分辨率Fe 2p XPS圖譜(F);GFT NCs在不同pHs磷酸鹽緩沖液中Gos(G)、Fe3+(H)和Toy(I)的釋放曲線。
圖3. GFT NCs介導(dǎo)的ROS產(chǎn)生、誘導(dǎo)的線粒體功能障礙和加劇的ERS。(A)不同Gos或Toy濃度的Gos、Toy、GT或GFT NCs處理24 h后4T1細(xì)胞的活力;(B)不同Fe3+濃度的Fe3+、TF、GF或GFT NCs處理24 h后4T1細(xì)胞的活力;不同處理后,4T1細(xì)胞內(nèi)ROS(C)和GSH(D)的含量;(E)不同處理后,4T1細(xì)胞內(nèi)LPO的積累(細(xì)胞核:藍(lán)色,氧化態(tài)C11-BODIPY581/591:綠色,和非氧化態(tài)C11-BODIPY581/591:紅色);(F)GFT NCs誘導(dǎo)線粒體功能障礙和加劇ERS的示意圖;(G)不同處理6 h后,4T1細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位變化情況;(H)不同處理24 h后,4T1 細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白GRP78、p-IRE1a、XBP1u、XBP1s和CHOP的蛋白質(zhì)印跡分析。
圖4. GFT NCs體外誘導(dǎo)ICD和DCs成熟。(A)不同處理6 h后,4T1細(xì)胞凋亡情況;(B)不同處理24 h后,4T1細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)結(jié)果;不同處理24 h后,4T1細(xì)胞釋放ATP的水平(C)、HMGB1的水平(D)和4T1細(xì)胞膜表面暴露CRT的水平(E);(F)不同處理24 h后的4T1細(xì)胞和iDCs共培養(yǎng)24 h后,DC成熟情況的流式細(xì)胞術(shù)分析。
圖5. GFT NCs用于4T1腫瘤的MR成像和治療。(A)GFT NCs在不同pH條件下的T1 MR成像以及r1弛豫率;尾靜脈注射GFT NCs或Magnevist([Fe] = 0.4 mg×mL-1,[Gd] = 0.4 mg×mL-1,100 mL PBS/每只小鼠)前后不同時(shí)間點(diǎn)腫瘤的活體T1加權(quán)MR圖像(B)及對(duì)應(yīng)的信噪比(SNR)(C);(D)GFT+A-PD-L1的體內(nèi)聯(lián)合治療示意圖;不同治療14天后,小鼠的相對(duì)腫瘤體積變化曲線(E)和腫瘤代表性照片(F);不同治療30天后,小鼠的生存率變化曲線(G)和不同治療14天后小鼠的相對(duì)體重變化曲線(H);(I)不同治療14天后,小鼠腫瘤組織切片的H&E、TUNEL和Ki-67染色情況;不同治療14天后,小鼠肺的代表性照片(J)、肺轉(zhuǎn)移腫瘤結(jié)節(jié)定量分析(K)和肺組織切片的H&E染色情況(L)。
圖6. GFT NCs聯(lián)合A-PD-L1的抗腫瘤免疫應(yīng)答和腫瘤特異性免疫記憶效應(yīng)。不同治療14天后,小鼠腫瘤組織切片的CD80+和CD86+ DCs的免疫熒光染色情況(A)、CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞的免疫熒光染色情況(B),小鼠腫瘤部位的CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞的比例(C)、免疫抑制Tregs(CD4+CD25+Foxp3+ T 細(xì)胞)的比例(D),小鼠血清中IL-6(E)、TNF-a(F)和IFN-g(G)的細(xì)胞因子水平;(H)免疫記憶效應(yīng)的驗(yàn)證示意圖;(I)不同治療11天后小鼠脾臟中TCM(CD44+CD62L+ T細(xì)胞,門(mén)控CD8+ T細(xì)胞)和TEM(CD44+CD62L-T細(xì)胞,門(mén)控CD8+ T細(xì)胞)的比例;(J)不同治療26天后,小鼠再挑戰(zhàn)腫瘤中CD4+/CD8+ T細(xì)胞的比例。
簡(jiǎn)言之,該研究設(shè)計(jì)的GFT納米藥物的主要優(yōu)勢(shì)在于以下幾個(gè)方面:1)通過(guò)一步微流控法制備得到高質(zhì)量的無(wú)載體全活性GFT NCs,可在T1 MR成像引導(dǎo)下將Gos、Fe3+和Toy共同遞送至腫瘤部位;2)Gos誘導(dǎo)的線粒體功能障礙、Toy加劇的ERS和Fe3+介導(dǎo)的CDT相結(jié)合,放大了ICD效應(yīng),產(chǎn)生了全身抗腫瘤免疫;3)GFT NCs聯(lián)合A-PD-L1,可通過(guò)重塑腫瘤免疫微環(huán)境和長(zhǎng)期腫瘤特異性免疫記憶作用,高效治療腫瘤并抑制腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。
文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202417070
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