仿生声动力治疗/纳米疫苗整合平台增强乏氧肿瘤PD-1抗体疗效研究

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免疫检查点阻断(Immune checkpoint blockade,ICB)疗法已被广泛应用于实体肿瘤治疗中,然而缺氧实体肿瘤中T细胞浸润不足限制了其抗肿瘤疗效,发展能改善肿瘤组织乏氧、增加T细胞肿瘤浸润的协同治疗策略有望改善PD-1抗体治疗效果。肿瘤疫苗将肿瘤相关抗原传递到树突状细胞(Dendritic cells,DCs)并激活T细胞,有效诱导肿瘤特异性免疫应答,为改善ICB的治疗效果提供可能。声动力治疗(Sonodynamic therapy,SDT)是利用超声(Ultrasound,US)的强大穿透能力,激活声敏剂产生活性氧(Reactive oxygen species,ROS)进而杀伤肿瘤细胞,在实体瘤治疗方面有巨大的前景。SDT已被报道可诱导肿瘤细胞免疫原性细胞死亡(Immunogenic cell death,ICD),作为原位肿瘤疫苗启动抗肿瘤免疫。但声敏剂的低肿瘤靶向、以及肿瘤微环境乏氧和高谷胱甘肽(Glutathione,GSH)等因素限制了SDT抗肿瘤治疗效果。因此,开发合适的具有自产O2和降低GSH能力的声敏剂,并提高其肿瘤靶向性以增强SDT治疗效果,提高其抗肿瘤免疫效应,为改善ICB疗效提供重要策略。本课题合成具有类过氧化氢酶活性和降低肿瘤中GSH含量的的声敏剂锰卟啉金属有机骨架(Mn-MOF),通过静电吸附免疫佐剂Cp G,并包裹表达卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)的黑色素瘤B16细胞膜,制备新型纳米材料(cMn-MOF@CM)。cMn-MOF@CM高效靶向B16-OVA荷瘤小鼠肿瘤组织,催化肿瘤细胞中过量H2O2产生O2以改善肿瘤乏氧,并降低肿瘤细胞中GSH含量,产生强烈的SDT抗肿瘤效应并激活抗肿瘤免疫反应。cMn-MOF@CM与PD-1抗体联用后,其抗肿瘤免疫应答显著提高,并产生长期抗肿瘤免疫记忆功效,抑制肿瘤复发与转移。本文主要研究内容和结果如下:(1)cMn-MOF@CM的制备和表征合成具有自产O2和降低肿瘤中GSH含量的Mn-MOF,通过静电吸附免疫佐剂Cp G,并且包裹表达OVA蛋白的黑色素瘤B16细胞膜,制备cMn-MOF@CM。透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)及动态光散射(Dynamic light scattering,DLS)等表征结果表明制备的cMn-MOF@CM粒径121.1 nm,表面电位-25.93 m V。静电吸附Cp G和包裹B16-OVA膜对Mn-MOF催化H2O2产O2、吸附GSH及乏氧条件下超声激发ROS能力无明显影响。(2)体外研究cMn-MOF@CM高效杀伤肿瘤细胞并增强抗肿瘤免疫反应。cMn-MOF@CM能有效被B16-OVA细胞摄取,具有同源细胞靶向性,且能降低胞内GSH含量。乏氧条件下,经cMn-MOF@CM超声处理的B16-OVA细胞胞内ROS水平明显升高,且具有很好的SDT杀伤肿瘤细胞效应。cMn-MOF@CM超声下诱导B16-OVA细胞产生ICD效应,协同免疫佐剂Cp G,诱导BMDCs成熟及CD8+T细胞激活;且cMn-MOF@CM本身也可作为纳米疫苗,利用OVA抗原及Cp G,诱导BMDCs成熟并激活CD8+T细胞,激活抗肿瘤免疫应答。(3)cMn-MOF@CM超声下具有良好的体内抗肿瘤及激活抗肿瘤免疫效果研究体内实验表明cMn-MOF@CM具有延长血液循环、高效靶向B16-OVA肿瘤组织和缓解肿瘤乏氧特性。cMn-MOF@CM超声治疗能显著抑制单侧或双侧B16-OVA肿瘤生长,延长其生存期,并且具有良好的体内安全性。cMn-MOF@CM超声治疗能有效诱导DCs成熟和激活CD8+T细胞,并改善免疫抑制微环境,且增加脾脏及肿瘤引流淋巴结中效应记忆CD8+T细胞数量,抑制术后二次接种肿瘤的形成。(4)cMn-MOF@CM超声治疗联合PD-1抗体协同抗肿瘤作用研究Mn-MOF@CM超声治疗后增加肿瘤组织中CD8+T细胞PD-1表达和肿瘤细胞PD-L1表达水平。cMn-MOF@CM超声联合PD-1抗体治疗可显著抑制单侧和双侧B16-OVA皮下瘤生长,诱导更强的全身抗肿瘤免疫反应,并形成长期免疫记忆效应,抑制肿瘤复发。综上所述,本研究构建高效靶向肿瘤组织的cMn-MOF@CM,利用其高效整合SDT和纳米疫苗协同治疗策略来改善PD-1抗体在实体瘤中的疗效,为肿瘤治疗提供新的方法。
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