Adv. Mater. CpG和aPD1抗体的程序化传递用于炎症触发的癌症免疫治疗

【引言】

近期，国际顶尖材料学期刊Advanced Materials发表题为”Inflammation-Triggered Cancer Immunotherapy by Programmed Delivery of CpG and Anti-PD1 Antibody”的文章。该文章的第一作者是北卡罗来纳大学和北卡罗来纳州立大学的C. Wang，通讯作者为北卡罗来纳大学的的Z. Gu教授。这篇文章的主要工作是发展了一种针对癌症免疫治疗的局部传递系统。利用这一系统，针对原发肿瘤切除后的转移瘤和剩余瘤的抗癌免疫应答治疗能力得到了大幅的提高。

【成果简介】
外科手术通常被认为是最有效的实体瘤治疗手段，然而术后的疾病复发也会给病人带来致命的威胁。目前越来越多的研究表明，创伤造成的围手术期炎症（perioperative inflammation）可能会大大增加肿瘤复发的可能性，甚至加快肿瘤入侵和转移。除了化疗和放射疗法之外，免疫疗法也被认为可以成功阻止癌症的复发。然而，免疫疗法存在着两个亟待解决的问题，一是如何减小副反应；二是免疫治疗的最佳时间不能确定。

为了解决这些问题，北卡罗来纳大学的研究人员开发了一种新型癌症免疫治疗剂，以期阻止术后肿瘤复发。局部促炎症（pro-inflammatory）环境可以通过激活淋巴细胞来改善免疫疗法效果，有鉴于此，该课题组的研究人员设计了一种对炎症响应并且可控释放anti-PD-1抗体（aPD1）和CpG寡脱氧核苷酸（CpG ODNs）的药物载体。其中CpG DNA 不仅仅作为aPD1的载体基质，更可以通过碎片化过程增强治疗效果。通过术后的炎症微环境刺激，这种载体可以在肿瘤位点实现可控释放和抗体以及基因药物协同治疗。

【图文导读】

图1：aPD1以及CpG的传递策略

图1是在炎症条件下，aPD1以及CpG的传递策略示意图。对经过肿瘤切除术的小鼠进行原位注射，注射液中包括制备的纳米蚕茧（nanococoons）。这种纳米蚕茧通过CpG基因序列的RCA技术制得，蚕茧内还负载有aPD1和限制酶（如图1A）所示）。当注射液到达炎症区域时，限制酶的TGMS外层被破坏，释放限制酶切割CpG序列从而达到释放CpG和aPD1的目的。释放的药物激活树突细胞并驱使T细胞活化作用于癌症肿瘤细胞。

图2：纳米蚕茧材料的表征

A)Hhal-TGMS-DNCs-aPD1纳米复合材料的TEM图像；

B)Hhal-TGMS-DNCs-aPD1纳米复合材料DLS表征；

C)脂多糖活化巨噬细胞模拟炎症环境；

D)Hhal-TGMS-DNCs-aPD1纳米复合材料的不同时间点凝胶电泳表征；

E, F) CpG和aPD1在细胞培养液中的释放效率；

G, H) 经过沉默巨噬细胞培养液培养的Hhal-TGMS-DNCs-aPD1纳米复合材料的AFM图像和水合粒径分布；

I, J) 经过活化巨噬细胞培养液培养的Hhal-TGMS-DNCs-aPD1纳米复合材料的AFM图像和水合粒径分布。

图3：CpG纳米蚕茧载体治疗术后肿瘤复发

A)原位肿瘤切除后的B16F10肿瘤的体内生物发光图像（G1：PBS；G2：Hhal-TGMS-DNCs；G3：Hhal-TGMS-cDNCs-aPD1；G4：CpG核苷酸/ aPD1；G5：Hhal-TGMS-DNCs-aPD1）；

B)定量肿瘤信号；

C)肿瘤平均生长状况；

D)利用流式细胞术分析复发肿瘤的T细胞状况；

E)利用流式细胞术分析复发肿瘤的CD8 T细胞状况；

F)复发肿瘤细胞的免疫荧光图像显示CD4+以及CD8+ T细胞的渗透行为；

G)肿瘤活化CD8 细胞的绝对值；

H)复发肿瘤中CD4+以及CD8+ T细胞与调节T细胞的比值。

图4：系统性抗癌效果

A)原位肿瘤切除后的B16F10肿瘤转移的体内生物发光图像（G1：PBS；G2：Hhal-TGMS-DNCs；G3：Hhal-TGMS-cDNCs-aPD1；G4：CpG核苷酸/ aPD1；G5：Hhal-TGMS-DNCs-aPD1）；

B)定量肿瘤信号；

C)实验小鼠的Kaplan Meier存活曲线；

D)流式细胞术分析实验小鼠脾脏细胞IFN-γ CD8 CTLs T-cell；

E)实验小鼠脾脏IFN-γ CD8 CTLs T-cell定量检测；

F)利用B16肿瘤细胞培养的脾脏细胞的CTL介导免疫响应。

图5：纳米蚕茧材料在自发性转移模型中的抗癌效果

A)B16F10肿瘤转移的体内生物发光图像（G1：PBS；G2：aPD1，体内注射；G3： aPD1+CpG,局部注射；G4：Hhal-TGMS-DNCs-aPD1）；

B)实验处理后的小鼠肺部切片；

C)实验处理后小鼠复发肿瘤的平均重量；

D)肺部转移小瘤的定量分析；

E)定量肿瘤生物发光信号；

F)实验小鼠的Kaplan Meier存活曲线。

【小结】
除了证明研究的药物载体作为癌症免疫疗法的潜力之外，该项工作所呈现的程序化联合传递策略也能够激发局部或者生物响应释放治疗剂开发新的治疗方式。

文献链接：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学习小组陈世雄供稿，材料牛编辑整理。

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