ACS Nano：近紅外引發光動力療法以及多任務式上轉化納米粒子結合封鎖檢測點對結腸直腸癌的免疫治療

【引言】

近年來，免疫療法在癌癥治療方面有著可觀的前景，人們認識到光動力治療（PDT）具有觸發抗腫瘤免疫反應的能力。然而由可見光觸發的常規PDT穿透能力有限，其產生的免疫應答不足以消除腫瘤。

【成果簡介】

近期，蘇州大學劉莊教授、彭睿教授、許利耕講師（共同通訊作者）等人將上轉化納米粒子(UCNPs)同時轉載上二氫卟吩e6(Ce6)藥物，光敏劑和小分子免疫調節劑咪喹莫特(R837)。研制的多任務式UCNP-Ce6-R837納米顆粒通過近紅外（NIR）區光照射下能夠增強組織的穿透深度，利用有效的光動力治療來破壞腫瘤并產生相關的腫瘤抗原庫，含有R837免疫調節劑的納米粒子能夠具有更強的免疫應答。更有意義的是，基于UCNP-Ce6-R837的PDT與T淋巴細胞相關蛋白4（CTLA-4）結合封鎖檢測點，不僅在消除腫瘤時顯示出優異的療效，還具有強有力的抗腫瘤免疫能抑制光動力治療后遠端腫瘤的生長。這種癌癥免疫治療策略具有長期的免疫記憶功能，來保護小鼠免受腫瘤細胞的再刺激。該成果以“Near-Infrared-Triggered Photodynamic Therapy with Multitasking Upconversion Nanoparticles in Combination with Checkpoint Blockade for Immunotherapy of Colorectal Cancer”為題于2017年3月31日發表在ACS Nano上。

【圖文導讀】

圖一：UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的表征

(a) UCNP-Ce6-R837的制備過程示意圖。

(b) UCNP-Ce6-R837的透射電子顯微鏡圖像。

(c) Ce6,UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的UV吸收光譜圖。

(d) 在相同UCNP濃度和980nm激光下，UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的上轉換發光光譜。插圖顯示了暴露于980 nm激光的UCNP-Ce6-R837納米粒子的圖像。

(e) 基于980nm光照射（0.5W / cm2）下單態氧熒光探針（SOSG）的熒光強度變化，由Ce6，UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837產生單線態氧。

圖二：體外PDT和UCNP-Ce6-R837的免疫刺激作用

(a) UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的共聚焦熒光圖像，通過980nm激光（0.5W / cm2）照射20分鐘后培養CT26腫瘤細胞。

(b-c) UCNP-Ce6，R837或UCNP Ce6-R837體外培養DC 20h后，流式細胞術定量檢測CD86和CD80表達。

(d) 通過ELISA測定DC懸液中IL-12p40和TNF-α的分泌。

圖三：體外transwell系統實驗

(a) transwell系統實驗設計方案，將CT26腫瘤細胞及其殘留物置于上腔室中，將DCs置于下腔室中培養。

(b) 通過流式細胞儀，定量體外transwell系統實驗中各種樣品的CD86和CD80表達。

(c) 在transwell系統實驗中處理20小時后，DCs表面上的CD86和CD80的定量。

(d) 在transwell系統實驗中處理20小時后，DC懸浮液中IL-12p40和TNF-α的分泌。

圖四：基于UCNP-Ce6-R837的體內PDT誘導DC成熟并刺激促炎細胞因子的表達

(a)實驗流程示意圖，檢測基于UCNP-Ce6-R837的PDT觸發的免疫應答。

(b-c) 對于攜帶CT26腫瘤的小鼠，基于UCNP-Ce6-R837的PDT誘導可DC成熟。收集腫瘤引流淋巴結中的細胞，對CD11c，CD80和CD86染色后，通過流式細胞術進行評估。

(d-f)基于UCNP-Ce6-R837的PDT后第3天，小鼠分離的血清中 IL-12p40（d），IFN-γ（e）和TNF-α（f）細胞因子水平。

圖五：抗腫瘤免疫作用及基于UCNP-Ce6-R837的PDT結合CTLA-4封鎖檢測點的相關機制

(a) 實驗流程示意圖。在實驗中使用兩側均攜帶CT26腫瘤的小鼠。左側腫瘤被指定為PDT治療的“原發性腫瘤”，右側的腫瘤被指定為無PDT的“遠端腫瘤”。

(b-c) 治療后小鼠原發性腫瘤（b）和遠端腫瘤（c）的生長曲線。

(d-e) 第15天，在遠端腫瘤中收集的腫瘤浸潤性CD8 +殺傷性T細胞（d）和CD4 + FoxP3 +效應T細胞（Treg）（e）的比例。

(f) 第15天，不同組小鼠的遠端腫瘤中CD8 + CTL與Treg的比值。（g）第15天，不同組小鼠分離的血清中IFN-γ細胞因子水平。

(a-g) 每組均測試了六只小鼠。 誤差條代表SD P值：* P <0.05，** P <0.01，*** P <0.001。

圖六：基于UCNP-Ce6-R837的PDT后的免疫記憶效應

(a) 顯示用于評估免疫記憶效應的實驗設計的方案。

(b) 通過外科手術或PDT（每組n = 6）首次消除腫瘤36天后，繼發性腫瘤生長曲線。

(c) 如(b)所示，處理后小鼠的存活曲線。

(d-e) 通過流式細胞術分析脾臟中效應記憶T細胞（TEM）的比例。

(f-g) 再次用繼發性腫瘤攻擊小鼠后，小鼠分離的血清中的細胞因子水平。誤差條代表至少三次重復的標準差。 P值：* P<0.05，** P <0.01，*** P <0.001。

【小結】

該報道中，合理設計了一種基于UCNP的多任務納米顆粒，以通過NIR誘導的PDT來進行癌癥免疫治療。UCNP-Ce6-R837納米顆粒可利用近紅外誘導的光動力治療直接破壞腫瘤細胞，并通過觸發DCs的成熟和細胞因子的分泌來刺激免疫應答。此外，基于UCNP-Ce6-R837的PDT與CTLA-4阻斷聯合引起的長期免疫記憶效應，能夠有效預防腫瘤復發。
因此，本項研究表明以上轉化納米顆粒為基礎的光動力治療與癌癥免疫治療相結合，在消除原發性腫瘤，抑制遠端腫瘤，防止腫瘤復發方面取得顯著的協同治療效果。

參考文獻：Xu, J., Xu, L., Wang, C., Yang, R., Zhuang, Q., Han, X., ... & Liu, Z. (2017). Near-Infrared-Triggered Photodynamic Therapy with Multi-Tasking Upconversion Nanoparticles in Combination with Checkpoint Blockade for Immunotherapy of Colorectal Cancer. ACS nano.

本文由材料人編輯部陶娜編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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