ACS Nano：近红外引发光动力疗法以及多任务式上转化纳米粒子结合封锁检测点对结肠直肠癌的免疫治疗

【引言】

近年来，免疫疗法在癌症治疗方面有着可观的前景，人们认识到光动力治疗（PDT）具有触发抗肿瘤免疫反应的能力。然而由可见光触发的常规PDT穿透能力有限，其产生的免疫应答不足以消除肿瘤。

【成果简介】

近期，苏州大学刘庄教授、彭睿教授、许利耕讲师（共同通讯作者）等人将上转化纳米粒子(UCNPs)同时转载上二氢卟吩e6(Ce6)药物，光敏剂和小分子免疫调节剂咪喹莫特(R837)。研制的多任务式UCNP-Ce6-R837纳米颗粒通过近红外（NIR）区光照射下能够增强组织的穿透深度，利用有效的光动力治疗来破坏肿瘤并产生相关的肿瘤抗原库，含有R837免疫调节剂的纳米粒子能够具有更强的免疫应答。更有意义的是，基于UCNP-Ce6-R837的PDT与T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）结合封锁检测点，不仅在消除肿瘤时显示出优异的疗效，还具有强有力的抗肿瘤免疫能抑制光动力治疗后远端肿瘤的生长。这种癌症免疫治疗策略具有长期的免疫记忆功能，来保护小鼠免受肿瘤细胞的再刺激。该成果以“Near-Infrared-Triggered Photodynamic Therapy with Multitasking Upconversion Nanoparticles in Combination with Checkpoint Blockade for Immunotherapy of Colorectal Cancer”为题于2017年3月31日发表在ACS Nano上。

【图文导读】

图一：UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的表征

(a) UCNP-Ce6-R837的制备过程示意图。

(b) UCNP-Ce6-R837的透射电子显微镜图像。

(c) Ce6,UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的UV吸收光谱图。

(d) 在相同UCNP浓度和980nm激光下，UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的上转换发光光谱。插图显示了暴露于980 nm激光的UCNP-Ce6-R837纳米粒子的图像。

(e) 基于980nm光照射（0.5W / cm2）下单态氧荧光探针（SOSG）的荧光强度变化，由Ce6，UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837产生单线态氧。

图二：体外PDT和UCNP-Ce6-R837的免疫刺激作用

(a) UCNP-Ce6和UCNP-Ce6-R837的共聚焦荧光图像，通过980nm激光（0.5W / cm2）照射20分钟后培养CT26肿瘤细胞。

(b-c) UCNP-Ce6，R837或UCNP Ce6-R837体外培养DC 20h后，流式细胞术定量检测CD86和CD80表达。

(d) 通过ELISA测定DC悬液中IL-12p40和TNF-α的分泌。

图三：体外transwell系统实验

(a) transwell系统实验设计方案，将CT26肿瘤细胞及其残留物置于上腔室中，将DCs置于下腔室中培养。

(b) 通过流式细胞仪，定量体外transwell系统实验中各种样品的CD86和CD80表达。

(c) 在transwell系统实验中处理20小时后，DCs表面上的CD86和CD80的定量。

(d) 在transwell系统实验中处理20小时后，DC悬浮液中IL-12p40和TNF-α的分泌。

图四：基于UCNP-Ce6-R837的体内PDT诱导DC成熟并刺激促炎细胞因子的表达

(a)实验流程示意图，检测基于UCNP-Ce6-R837的PDT触发的免疫应答。

(b-c) 对于携带CT26肿瘤的小鼠，基于UCNP-Ce6-R837的PDT诱导可DC成熟。收集肿瘤引流淋巴结中的细胞，对CD11c，CD80和CD86染色后，通过流式细胞术进行评估。

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

图五：抗肿瘤免疫作用及基于UCNP-Ce6-R837的PDT结合CTLA-4封锁检测点的相关机制

(a) 实验流程示意图。在实验中使用两侧均携带CT26肿瘤的小鼠。左侧肿瘤被指定为PDT治疗的“原发性肿瘤”，右侧的肿瘤被指定为无PDT的“远端肿瘤”。

(b-c) 治疗后小鼠原发性肿瘤（b）和远端肿瘤（c）的生长曲线。

(d-e) 第15天，在远端肿瘤中收集的肿瘤浸润性CD8 +杀伤性T细胞（d）和CD4 + FoxP3 +效应T细胞（Treg）（e）的比例。

(f) 第15天，不同组小鼠的远端肿瘤中CD8 + CTL与Treg的比值。（g）第15天，不同组小鼠分离的血清中IFN-γ细胞因子水平。

(a-g) 每组均测试了六只小鼠。 误差条代表SD P值：* P <0.05，** P <0.01，*** P <0.001。

图六：基于UCNP-Ce6-R837的PDT后的免疫记忆效应

(a) 显示用于评估免疫记忆效应的实验设计的方案。

(b) 通过外科手术或PDT（每组n = 6）首次消除肿瘤36天后，继发性肿瘤生长曲线。

(c) 如(b)所示，处理后小鼠的存活曲线。

(d-e) 通过流式细胞术分析脾脏中效应记忆T细胞（TEM）的比例。

(f-g) 再次用继发性肿瘤攻击小鼠后，小鼠分离的血清中的细胞因子水平。误差条代表至少三次重复的标准差。 P值：* P<0.05，** P <0.01，*** P <0.001。

【小结】

该报道中，合理设计了一种基于UCNP的多任务纳米颗粒，以通过NIR诱导的PDT来进行癌症免疫治疗。UCNP-Ce6-R837纳米颗粒可利用近红外诱导的光动力治疗直接破坏肿瘤细胞，并通过触发DCs的成熟和细胞因子的分泌来刺激免疫应答。此外，基于UCNP-Ce6-R837的PDT与CTLA-4阻断联合引起的长期免疫记忆效应，能够有效预防肿瘤复发。
因此，本项研究表明以上转化纳米颗粒为基础的光动力治疗与癌症免疫治疗相结合，在消除原发性肿瘤，抑制远端肿瘤，防止肿瘤复发方面取得显着的协同治疗效果。

参考文献：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.

本文由材料人编辑部陶娜编译，周梦青审核，点我加入材料人编辑部。

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