Adv. Mater. CpG和aPD1抗體的程序化傳遞用于炎癥觸發的癌癥免疫治療

【引言】

近期，國際頂尖材料學期刊Advanced Materials發表題為”Inflammation-Triggered Cancer Immunotherapy by Programmed Delivery of CpG and Anti-PD1 Antibody”的文章。該文章的第一作者是北卡羅來納大學和北卡羅來納州立大學的C. Wang，通訊作者為北卡羅來納大學的的Z. Gu教授。這篇文章的主要工作是發展了一種針對癌癥免疫治療的局部傳遞系統。利用這一系統，針對原發腫瘤切除后的轉移瘤和剩余瘤的抗癌免疫應答治療能力得到了大幅的提高。

【成果簡介】
外科手術通常被認為是最有效的實體瘤治療手段，然而術后的疾病復發也會給病人帶來致命的威脅。目前越來越多的研究表明，創傷造成的圍手術期炎癥（perioperative inflammation）可能會大大增加腫瘤復發的可能性，甚至加快腫瘤入侵和轉移。除了化療和放射療法之外，免疫療法也被認為可以成功阻止癌癥的復發。然而，免疫療法存在著兩個亟待解決的問題，一是如何減小副反應；二是免疫治療的最佳時間不能確定。

為了解決這些問題，北卡羅來納大學的研究人員開發了一種新型癌癥免疫治療劑，以期阻止術后腫瘤復發。局部促炎癥（pro-inflammatory）環境可以通過激活淋巴細胞來改善免疫療法效果，有鑒于此，該課題組的研究人員設計了一種對炎癥響應并且可控釋放anti-PD-1抗體（aPD1）和CpG寡脫氧核苷酸（CpG ODNs）的藥物載體。其中CpG DNA 不僅僅作為aPD1的載體基質，更可以通過碎片化過程增強治療效果。通過術后的炎癥微環境刺激，這種載體可以在腫瘤位點實現可控釋放和抗體以及基因藥物協同治療。

【圖文導讀】

圖1：aPD1以及CpG的傳遞策略

圖1是在炎癥條件下，aPD1以及CpG的傳遞策略示意圖。對經過腫瘤切除術的小鼠進行原位注射，注射液中包括制備的納米蠶繭（nanococoons）。這種納米蠶繭通過CpG基因序列的RCA技術制得，蠶繭內還負載有aPD1和限制酶（如圖1A）所示）。當注射液到達炎癥區域時，限制酶的TGMS外層被破壞，釋放限制酶切割CpG序列從而達到釋放CpG和aPD1的目的。釋放的藥物激活樹突細胞并驅使T細胞活化作用于癌癥腫瘤細胞。

圖2：納米蠶繭材料的表征

A)Hhal-TGMS-DNCs-aPD1納米復合材料的TEM圖像；

B)Hhal-TGMS-DNCs-aPD1納米復合材料DLS表征；

C)脂多糖活化巨噬細胞模擬炎癥環境；

D)Hhal-TGMS-DNCs-aPD1納米復合材料的不同時間點凝膠電泳表征；

E, F) CpG和aPD1在細胞培養液中的釋放效率；

G, H) 經過沉默巨噬細胞培養液培養的Hhal-TGMS-DNCs-aPD1納米復合材料的AFM圖像和水合粒徑分布；

I, J) 經過活化巨噬細胞培養液培養的Hhal-TGMS-DNCs-aPD1納米復合材料的AFM圖像和水合粒徑分布。

圖3：CpG納米蠶繭載體治療術后腫瘤復發

A)原位腫瘤切除后的B16F10腫瘤的體內生物發光圖像（G1：PBS；G2：Hhal-TGMS-DNCs；G3：Hhal-TGMS-cDNCs-aPD1；G4：CpG核苷酸/ aPD1；G5：Hhal-TGMS-DNCs-aPD1）；

B)定量腫瘤信號；

C)腫瘤平均生長狀況；

D)利用流式細胞術分析復發腫瘤的T細胞狀況；

E)利用流式細胞術分析復發腫瘤的CD8 T細胞狀況；

F)復發腫瘤細胞的免疫熒光圖像顯示CD4+以及CD8+ T細胞的滲透行為；

G)腫瘤活化CD8 細胞的絕對值；

H)復發腫瘤中CD4+以及CD8+ T細胞與調節T細胞的比值。

圖4：系統性抗癌效果

A)原位腫瘤切除后的B16F10腫瘤轉移的體內生物發光圖像（G1：PBS；G2：Hhal-TGMS-DNCs；G3：Hhal-TGMS-cDNCs-aPD1；G4：CpG核苷酸/ aPD1；G5：Hhal-TGMS-DNCs-aPD1）；

B)定量腫瘤信號；

C)實驗小鼠的Kaplan Meier存活曲線；

D)流式細胞術分析實驗小鼠脾臟細胞IFN-γ CD8 CTLs T-cell；

E)實驗小鼠脾臟IFN-γ CD8 CTLs T-cell定量檢測；

F)利用B16腫瘤細胞培養的脾臟細胞的CTL介導免疫響應。

圖5：納米蠶繭材料在自發性轉移模型中的抗癌效果

A)B16F10腫瘤轉移的體內生物發光圖像（G1：PBS；G2：aPD1，體內注射；G3： aPD1+CpG,局部注射；G4：Hhal-TGMS-DNCs-aPD1）；

B)實驗處理后的小鼠肺部切片；

C)實驗處理后小鼠復發腫瘤的平均重量；

D)肺部轉移小瘤的定量分析；

E)定量腫瘤生物發光信號；

F)實驗小鼠的Kaplan Meier存活曲線。

【小結】
除了證明研究的藥物載體作為癌癥免疫療法的潛力之外，該項工作所呈現的程序化聯合傳遞策略也能夠激發局部或者生物響應釋放治療劑開發新的治療方式。

文獻鏈接：Inflammation-Triggered Cancer Immunotherapy by Programmed Delivery of CpG and Anti-PD1 Antibody（Adv Mater, 2016, DOI: 10.1002/adma.201506312）

本文由材料人生物材料學習小組陳世雄供稿，材料牛編輯整理。

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