东华大学李静超课题组《Adv. Mater.》：声激活型纳米药物伴侣扩大免疫原性细胞死亡和缓解骨髓来源抑制细胞实现免疫治疗

2023-05-15 来源：高分子科技

近年来，结合声动力疗法（SDT）和免疫疗法的声免疫疗法为肿瘤提供了一种新的治疗策略。除了直接消融实体瘤，SDT还诱导肿瘤细胞免疫原性细胞死亡（ICD），产生特异性抗肿瘤免疫效应。然而，SDT过程会消耗肿瘤部位氧气，一方面加剧肿瘤乏氧微环境，导致ICD效应有限；另一方面乏氧的上调会导致骨髓来源抑制细胞（MDSCs）在肿瘤部位的募集，扰乱肿瘤内免疫平衡，这极大地限制了声免疫疗法在临床上的应用。

基于以上背景，东华大学李静超课题组设计了一种声激活型半导体聚合物纳米药物伴侣（SPN_T_i），该双药体系是由活性氧响应型的载体PS-TK-PEG封装有机半导体聚合物，乏氧响应型前药偶联物（TPZ-conjugate）和MDSCs靶向药物（ibrutinib）构建而成。该体系在癌症治疗中具有显著优势：(i)这种纳米药物可以有效地聚集在肿瘤部位，在超声治疗下产生¹O₂和消耗氧气，从而实现SDT效应。SDT过程中产生的¹O₂不仅诱导ICD触发抗肿瘤免疫反应，而且破坏¹O₂可切割的PS-TK-PEG和纳米粒子的完整性，从而使TPZ-conjugate和ibrutinib能够原位特异性递送到肿瘤区域；(ii)由于SDT引起的氧气消耗，肿瘤微环境的乏氧加剧，导致TPZ-conjugate激活，从而诱导ICD效应的增强，释放的ibrutinib可抑制乏氧诱导的MDSCs募集，从而增强免疫细胞的杀伤肿瘤性能；(iii)通过SPN_Ti介导的增强型免疫效应有效地抑制了荷瘤小鼠模型中双侧肿瘤生长并抑制肿瘤转移。

图1. SPN_Ti的合成路线及声免疫疗法示意图。

作者首先通过纳米共沉淀法合成了声激活型有机半导体聚合物纳米药物伴侣（SPN_Ti）以及对照材料（SPN₀，SPN_i，SPN_T），并对四种纳米体系进行了一系列表征。研究结果表明，四种纳米药物体系均表现良好的粒子分散性和稳定均匀的球状形态并且具有相似的水合粒径，表面电势，荧光性能以及¹O₂产生性能。此外，利用高效液相色谱对体外药物释放进行探究，SPN_T_i在超声照射10 min后可有效促进TK键断裂，导致TPZ-conjugate和ibrutinib的特异性释放，证实了超声照射可以破坏SPN_T_i的纳米结构，实现声激活型药物释放。

图2. SPN_T_i及对照材料的体外表征

作者通过纳米颗粒和细胞器共定位实验研究了SPN_T_i的内吞途径，并对SPN_T_i超声之后的治疗效果，ROS产生性能，肿瘤细胞的乏氧情况（HIF-1α），以及ICD的相关信号分子（ATP，CRT，HMGB1）进行评价，证明SPN_T_i在超声照射后在肿瘤细胞内产生大量的ROS并使肿瘤细胞变得乏氧，可以实现更好的治疗效果以及增强型ICD效应。

图3. SPN_T_i体外治疗效果和ICD性能评价

作者利用乳腺癌双侧肿瘤小鼠模型对SPN_T_i及对照材料在肿瘤部位的药物富集情况进行评价，以及对原发瘤超声处理后分析了原发瘤内部的ROS产生情况以及肿瘤内HIF-1α的表达。实验结果表明SPN_T_i在肿瘤内有很好的富集效果，并且在超声照射下可以产生ROS并加剧肿瘤内部的乏氧微环境，从而促进TPZ-conjugate的活化和诱导ICD。

图4. 体内肿瘤富集、ROS产生及缺氧情况评价

在体内抗肿瘤实验中，作者通过一次注射纳米颗粒加超声以及三次注射纳米颗粒加超声评价SPN_T_i的治疗效果。实验结果表明，三次注射纳米颗粒并进行超声照射可以进一步提高治疗效果，导致原发瘤和远端瘤的完全消失。另外，SPN_T_i+超声与PD-L1抗体联合使用可进一步增强抗肿瘤疗效。治疗结束后的第40天，作者用切片染色评价了小鼠肿瘤的肺转移和肝转移情况，实验结果表明SPN_T_i具有最好的抗肿瘤转移作用。

图5. 体内治疗效果评价

图6. 体内抗肿瘤转移效果评价

作者进一步分析了增强型ICD效果和免疫激活情况。SPN_T_i+US和SPN_T+US组肿瘤部位的ATP和CRT与SPN₀+US和SPN_i+US相比，有着更为明显的上升趋势，HMGB1有着明显的下降趋势。作者利用流式细胞术分析了DC细胞的成熟情况，结果表明SPN_T_i+US疗法显著促进DC细胞的成熟。在SPN₀+US和SPN_T+US组，因为超声造成的乏氧加剧，促进了MDSCs在肿瘤部位的富集，而SPN_i+US和SPN_T_i+US组对MDSCs表现良好的缓解作用，实现了对免疫抑制微环境的调控。该团队随后通过流式细胞术对原发瘤和远端瘤部位CD4⁺T细胞，CD8⁺T细胞以及T_re_g细胞进行评价，结果表明SPN_T_i+US治疗组肿瘤内T_reg细胞含量明显降低，并且肿瘤内CD4⁺和CD8⁺T细胞的表达量明显升高。

图7. 体内ICD诱导能力和免疫反应激活评估

综上所述，该纳米药物伴侣可以在超声介导下实现在肿瘤部位特异性递送药物，与传统的和肿瘤微环境可激活的药物递送纳米系统相比，能够实现更精确的药物递送和免疫治疗效应。该研究提出了超声可激活型纳米双药体系，通过超声活化两种药物的按需释放同时实现ICD增强和MDSCs缓解。考虑到超声具有令人满意的组织穿透深度，这种声激活型免疫治疗策略有望适用于深层原位肿瘤模型的治疗。

该研究成果以“Augmenting Immunogenic Cell Death and Alleviating Myeloid-Derived Suppressor Cells by Sono-Activatable Semiconducting Polymer Nanopartners for Immunotherapy”为题发表在Advanced Materials。论文第一作者为东华大学硕士生丁梦斌，通讯作者为东华大学李静超研究员。该研究工作得到国家自然科学基金、上海市科委、上海市高等学校特聘教授（东方学者）和中央高校基本科研业务基金的资助。

原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202302508

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（责任编辑：xu）

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