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文獻解讀 | 三陰性乳腺癌免疫治療新曙光
發表者:北京博奧森生物      發表時間:2020-1-15


文章信息


期刊:Advanced Functional Materials

影響因子(IF)15.621

文章名稱:Enhancing Triple Negative Breast Cancer Immunotherapy by ICG-Templated Self-Assembly of Paclitaxel Nanoparticles(點擊獲取全文)

作者馮兵

作者單位:中國科學院大學&中科院上海藥物研究所

引用抗體anti-Calprotectin(CRT)|bs-2696R

anti-high mobility group B1 (HMGB-1)bs-0664R



文章摘要

腫瘤聯合免疫治療在誘導抗腫瘤免疫和調節免疫抑制性腫瘤微環境(ITM)方面均顯示出良好的潛力。然而免疫聯合療法的化學物理性質不同,藥代動力學特征不一致。吲哚菁綠(ICG)模板自組裝置——一種用于制備雙藥合一的納米藥物,實現了免疫調節劑的腫瘤特異性共傳遞。通過ICG模板的紫杉醇(PTX)納米顆粒自組裝(ISPN),以及ISPN在三陰性乳腺癌(TNBC)聯合免疫治療中的應用進行了論證。ISPN通過增強腫瘤的通透性和滯留效應,對ICG和PTX的腫瘤特異性共遞送表現出滿意的膠體穩定性和高效性。激光照射后,ISPN的ICG組分通過光動力療法激活抗腫瘤免疫反應,高效誘導腫瘤細胞免疫原性死亡。同時,ISPN抑制調節性T淋巴細胞(Tregs)對抗ITM,釋放PTX。ISPN與免疫檢查點阻斷治療(αPD-L1)結合使用治療TNBC,顯示出協同的腫瘤退縮、轉移抑制和預防復發作用??偟膩碚fICG模板的納米藥物在開發納米藥物平臺和聯合免疫療法應用方面具有巨大潛力。


研究背景

三陰性乳腺癌(TNBC)是最具高浸潤性和轉移性的惡性腫瘤之一?;瘜W療法是AD臨床治療晚期或轉移性TNBC腫瘤的主要方法。然而,由于固有或獲得的多重耐藥性的發生,化學療法療效低下的局限性凸顯。前幾年免疫治療,特別是免疫檢查點阻斷治療(ICB)開啟了癌癥治療的新篇章。盡管前景看好,但由于TNBC腫瘤的免疫原性低和免疫抑制性腫瘤微環境(ITM),TNBC患者很少受益于當前的ICB治療。因此,在改善TNBC免疫治療方面,找到能增強免疫原性并逆轉ITM的互補方法仍然是一個巨大的挑戰。ICB療法與化學療法、光動力療法(PDT)或放射療法相結合,具有協同抗腫瘤作用,可促進腫瘤內細胞毒性T淋巴細胞(CTLs)的浸潤并克服ITM。然而,聯合免疫療法使用不同的免疫調節劑,其化學物理特性和藥代動力學特征不同。盡管基于納米顆粒的藥物遞送系統有望實現聯合免疫療法,但目前的納米藥物的制備方案通常過于復雜,無法實現可重復性和質量控制。此外,輔料對于制備載藥納米顆粒是必不可少的,輔料的使用會導致載藥量降低。近年來,無輔料的納米藥物在高效藥物輸送方面引起了廣泛關注。當前大多數無輔料的納米藥物已被設計為可自行組裝成納米制劑的前藥結構。小分子療法的化學修飾對于開發常規的無輔料納米粒子至關重要,但這可能會削弱抗癌藥的治療性能。鑒于此,作者利用吲哚菁綠(ICG)為模板進行自組裝制備二藥合一的納米藥物并用于聯合免疫療法。該策略可不使用任何輔料而實現幾乎100%的各種小分子藥物的負載(圖1a)。為了進行概念驗證,作者專注于開發用于TNBC聯合免疫治療ICG模板自組裝紫杉醇(PTX)納米顆粒(ISPN)(圖1b)。ICG可以進行光動力學療法(PDT)誘導腫瘤細胞的免疫原性細胞死亡(ICD)。ICD的腫瘤細胞將鈣網蛋白(CRT)暴露在細胞膜表面,釋放高遷移率族蛋白B1(HMGB1),并分泌三磷酸腺苷(ATP)啟動抗腫瘤免疫應答。同時,與ISPN共傳遞的PTX通過特異性殺傷調節性T細胞(Tregs)來對抗ITM。PTX是臨床治療TNBC的一線化療藥物之一,它可以穩定化微管蛋白并抑制腫瘤細胞有絲分裂抑制腫瘤生長。相較于PTX的化學細胞毒性,一些臨床前和臨床研究表明PTX通過調節免疫抑制腫瘤微環境增強了ICB治療的療效。例如,低劑量的PTX(5mg/kg)通過下調Tregs有效地逆轉了ITM。PTX降低Tregs瘤內浸潤,并使細胞死亡受體Fas(又稱CD95)上調以此來抑制Tregs的免疫抑制功能。ISPN與免疫檢查點阻斷劑(即抗PD-L1抗體,αPD-L1)結合使用,在具有TNBC腫瘤免疫能力的荷瘤小鼠模型中顯示出協同的抗腫瘤性能(圖1c)。綜上所述,ICG模板自組裝納米醫學可能是TNBC免疫治療的有力策略。

圖1.用于TNBC腫瘤免疫治療的PTX納米顆粒ICG模板自組裝的示意圖。(a)可供ICG模板化自組裝的小分子藥物庫;(b)PTX納米顆粒的ICG模板自組裝;(c)ISPN介導的癌癥免疫治療示意圖。ISPN聯合免疫治療聯合ICB誘導腫瘤細胞ICD,并消除免疫抑制Tregs。


研究結果之一ISPN的ICD誘導作用

CRT是ICD的主要生物標志物,充當“吃我”信號,以誘導抗原呈遞細胞吞噬垂死的腫瘤細胞。由細胞內ROS產生引起的內質網應激可觸發CRT表達并將其轉運到腫瘤細胞表面。為了研究ISPN在體外的ICD誘導特性,4T1腫瘤細胞在含1ug/ml ICG 的ISPN中孵育8h后,808nm激光照射30s。2小時后CLSM及FC檢測細胞表面ICR表達。ICG+L及ISPN均可誘導4TI細胞表面CRT的上調表達(圖2a),而FCM檢測結果顯示ISPN + L顯著引起4T1細胞表面CRT表達。ISPN+L組CRT表達是ICG+L組的2倍(圖2b,c),這可能歸因于ISPN + L大量產生細胞ROS。接下來,作者通過檢測治療誘導的蛋白HMGB1的轉運。HMGB1通常分布在細胞核,在ICD的腫瘤細胞遷移到細胞外。胞外HMGB1可作為Toll樣蛋白受體激動劑促進DC成熟。CLSM結果顯示HMGB1全部轉運至細胞外(圖2d)。FCM結果進一步表明ISPN處理的4T1細胞中HMGB1下降,而激光照射后的4T1細胞中HMGB1進一步降低(圖2e)。為了證實ISPN的ICD誘導性能,ATP化驗檢測ATP分泌。ATP檢測結果顯示ISPN+L組分別是ICG+L和ISPN組的2.6倍和2.1倍(圖2f)。ISPN表明ISPN能有效地誘導腫瘤細胞的ICD。緊接著作者體外檢測ISPN誘導腫瘤細胞免疫原性對DC成熟的影響,以此評價ISPN誘導腫瘤細胞的免疫原性。FCM檢測顯示ISPN+L顯著提高DC成熟(圖2g)。ISPN組的DC成熟頻率約為18.6%,而進行了激光放射處理的腫瘤細胞中提高到了50.1%左右(圖2h)。這些結果表明ISPN可有效誘導腫瘤細胞ICD并增強了腫瘤免疫原性以促進DC成熟。體外檢測4T1細胞的ISPN細胞毒性,基于ICG的PDT治療和PTX的化學治療可引起部分的腫瘤細胞死亡。相比之下,ISPN和激光放射治療聯合可大大降低細胞的存活能力。ISPN介導的化學療法和PDT在體外具有累積的抗腫瘤作用。

圖2.體外ISPN的ICD誘導作用。(a)CLSM和(b)FCM檢測在ISPN處理及激光放射后4T1腫瘤細胞表面CRT分布;(c)FCM檢測4T1細胞表面CRT表達;(d)CLSM和(e)FCM檢測ISPN處理的41T細胞中HMGB1的釋放;(f)ISPN處理的4T1細胞ATP分泌;(g)ISPN處理的4T1細胞誘導BMDC成熟的FCM圖(設門CD11c+);(h)FCM檢測BMDC成熟率;(i)4T1細胞體外細胞毒性試驗(標尺=50μm,*p<0.05;**p<0.01;***p<0.001)。


結論

在本研究中,作者證明了小分子藥物的ICG模板自組裝納米顆粒的制備。相較于游離ICG和PTX,整合ICG和PTX的ISPN在荷瘤小鼠的體外血液循環拉長,腫瘤積累提高。在腫瘤細胞的體外和體內檢測,ISPN通過PDT誘導的ICD有效地誘導抗腫瘤免疫并促進CTLs的瘤內浸潤。同時,ISPN極大地抑制了Tregs的招募,從而解除ITM。綜上所述,通過制備ICG模板的小分子藥物自組裝納米顆粒,結合ICB治療顯示出累積的抗腫瘤性能,可抑制腫瘤生長并抑制肺轉移,同時能防止腫瘤復發。最重要的是ICG模板自組裝容易擴展到其他小分子藥物。本研究展示了ICG模板自組裝策略在開發無輔料納米藥物和聯合免疫療法方面的潛力。

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