东华大学李静超 Angew：半导体聚合物纳米反应器通过超声触发级联乳酸消耗用于胰腺癌铜死亡-免疫治疗

2024-05-07 来源：高分子科技

肿瘤微环境中高水平乳酸不仅促进肿瘤的发展和转移，而且诱导免疫逃逸，导致各种肿瘤治疗策略的失败。乳酸代谢干扰策略可以用于癌症治疗，但乳酸代谢的随机紊乱也会引起严重毒副作用，因此乳酸氧化酶（LOx）的控制给药有望实现有效、安全的癌症治疗。尽管乳酸消耗为癌症治疗提供了一个新方案，但往往需要通过与其他治疗方法联合以提高疗效。铜死亡是一种由铜超载引起的非凋亡细胞死亡模式，因此铜死亡和乳酸消耗的联合有望为癌症治疗提供新策略。

基于以上背景，东华大学李静超团队报道了一种基于半导体聚合物纳米反应器（SPN_LCu）通过超声触发级联乳酸消耗策略实现铜死亡-免疫治疗（图1）。SPN_LCu主要含有半导体聚合物作为声敏剂、通过活性氧（ROS）可切割片段偶联的乳酸氧化酶（LOx）和Cu²⁺螯合物。在超声刺激下，半导体聚合物产生单线态氧（¹O₂）切割ROS可切割片段，导致LOx释放，从而催化乳酸消耗产生过氧化氢（H₂O₂）。Cu²⁺在肿瘤微环境中被还原为Cu⁺，与生成的H₂O₂反应生成羟基自由基（·OH），通过破坏ROS可切割片段进一步促进LOx释放。因此，超声触发LOx级联释放可实现乳酸的有效消耗，从而减轻了乳酸的免疫抑制作用。此外，铜死亡引起免疫原性细胞死亡(Immunogenic Cell Death, ICD)，从而激活抗肿瘤免疫效应。

图1. SPN_LCu的合成路线及抗肿瘤机制示意图

该团队首先通过纳米共沉淀技术制备了有机半导体聚合物纳米颗粒SPN，并通过ROS可切割片段在表面修饰LOx及螯合Cu²⁺，从而合成SPN_LCu。通过类似的方法合成仅Cu²⁺螯合的SPN_Cu，其中SPN_L和SPN_Cu为对照材料。为了验证纳米颗粒的成功制备，对三种纳米体系进行了一系列表征。研究结果表明，三种SPN均表现出良好的颗粒分散性和均匀的球形形貌并且具有相似的水合粒径、表面电势、荧光性能、¹O₂和·OH产生性能及超声触发的LOx释放（图2）。

图2. SPN_LCu及对照材料的性能表征

为了在细胞水平上评估纳米颗粒的细胞毒性，团队评估了Panc02癌细胞、正常NIH-3T3和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的细胞活力，结果显示这些细胞的细胞活力均高于85.0%，表明这些纳米颗粒具有较低的细胞毒性。同时研究了治疗后癌细胞内ROS产生能力以及乳酸消耗情况，细胞治疗效果显示出浓度依赖性治疗效应，并且浓度越高，细胞活力越低。为了验证铜死亡效应，通过蛋白质印迹（WB）评估不同处理后Panc02癌细胞的铁氧还蛋白1（FDX1）和二氢硫辛酰胺S-乙酰转移酶（DLAT）的表达水平，并验证了铜死亡诱导的ICD效应（图3）。

图3. SPN_LCu体外治疗效果、铜死亡及ICD性能表征

为了证实纳米颗粒在肿瘤中的积累，对皮下Panc02肿瘤小鼠进行了体内荧光成像。结果表明，尾静脉注射后，这些纳米颗粒有效地富集到皮下胰腺肿瘤部位。同时评估了对肿瘤进行超声刺激后ROS的产生情况和乳酸消耗水平以及皮下Panc02肿瘤生长的抑制效果，证明了该纳米体系联合超声治疗手段具有最好的治疗效果。为了验证肿瘤的铜死亡效应，利用免疫荧光染色评估肿瘤中FDX1和DLAT的表达水平，结果表明SPN_LCu + US能有效引起肿瘤细胞铜死亡和ICD效应，并引起体内免疫反应，从而实现肿瘤生长的有效抑制（图4）。

图4. Panc02荷瘤小鼠皮下模型的体内抗肿瘤效应评估

团队利用原位胰腺Panc02-Luc肿瘤小鼠模型评估深层组织肿瘤的体内治疗效果。纳米颗粒可有效累积到原位胰腺Panc02-Luc肿瘤中，在注射后24小时具有最高的富集量。通过测量生物发光（BL）信号以评估肿瘤生长，结果表明SPN_LCu + US组在治疗14天后肿瘤区域的BL信号最弱，肿瘤重量最低，抑瘤率高达92.5%，小鼠在40天内的存活率高达80%。为了评估纳米颗粒的抗肿瘤转移效果，通过测量生物发光（BL）成像观察治疗后第14天小鼠各器官的BL信号。SPN_LCu + US组在肝、胃和肠中检测不到BL信号，而其他组在肝脏、胃和肠道中观察到不同程度的明显BL信号。以上结果证实了纳米颗粒（SPN_LCu）注射和超声（US）照射能有效抑制深层原位胰腺肿瘤生长和转移（图5）。

图5. 深层原位胰腺Panc02肿瘤小鼠模型的体内抗肿瘤效应

另外，该团队还验证了该治疗策略在具有相对高免疫抑制性促结缔组织增生肿瘤微环境的原位胰腺KPC-Luc肿瘤模型的深层治疗效果。SPN_LCu + US组中肿瘤的生长抑制效果最佳，且小鼠在治疗40天后表现出80%的最高存活率。这些结果证实了该治疗策略对原位胰腺KPC-Luc肿瘤也具有良好的抗肿瘤效果。另外，在SPN_LCu + US组中，各个器官的肿瘤转移被完全抑制。因此，SPN_LCu + US在抑制原位胰腺KPC-Luc肿瘤的生长和转移中也显示出最高效应（图6）。

图6. 深层原位胰腺KPC肿瘤模型的体内抗肿瘤效应

综上所述，该团队构建的半导体聚合物纳米反应器（SPN_LCu）可以为癌症治疗提供一种精确有效的乳酸消耗策略。超声触发的级联乳酸耗竭可以增强SDT和铜死亡引起的ICD效应。值得注意的是，基于SPN_LCu的治疗可以显著抑制皮下胰腺肿瘤生长并限制深层原位胰腺Panc02和KPC肿瘤模型的肿瘤发展和转移。这项研究首次报道了超声触发的级联乳酸消耗策略用于肿瘤治疗，在癌症治疗方面展示出巨大的前景。

该成果以“Sono-Triggered Cascade Lactate Depletion by Semiconducting Polymer Nanoreactors for Cuproptosis-Immunotherapy of Pancreatic Cancer”为题发表在Angewandte Chemie。东华大学生物与医学工程学院博士生于宁悦和硕士生周建辉分别为本论文第一作者和共同第一作者。东华大学李静超研究员为本论文通讯作者，北京师范大学彭绍军副教授为共同通讯作者。本研究工作得到国家自然科学基金和上海市科委等项目资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202405639

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻