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  癌癥疫苗因可以引發腫瘤特異性的免疫應答和長期的免疫記憶，近年來備受關注。但也面臨著抗原免疫原性低和腫瘤異質性等問題，而造成抗腫瘤免疫效果有限，導致腫瘤治療不徹底，容易復發和轉移。雖然化療、放療或光療等能引發機體產生自體腫瘤抗原，克服腫瘤異質性問題，但由于抗原體內存在時間有限，而無法引發機體強的持續的免疫反應。

  針對以上問題，華中科技大學王芹教授課題組與朱艷紅教授合作，基于仿貽貝強黏附性的兒茶酚基團，構建負載光熱試劑MnO₂納米粒的溫敏納米凝膠（MnO₂@PND），用于瘤內注射后原位形成凝膠捕獲光熱效應產生的腫瘤衍生蛋白抗原（TDPAs），形成“抗原庫”，充當自體腫瘤疫苗，持續釋放抗原，以增強抗腫瘤免疫反應。

  該“抗原庫”的形成機制及引發的抗腫瘤免疫應答示意圖如圖1所示。較高濃度MnO₂@PND納米凝膠分散體經瘤內注射后，原位形成宏觀凝膠。在近紅外光照射下，具有良好光熱效應的MnO₂納米粒將光能轉變為熱能，引起腫瘤細胞發生免疫原性死亡，由此釋放大量自體腫瘤衍生蛋白抗原，作為免疫刺激物，避免了腫瘤異質性問題。這些抗原被黏附性水凝膠捕獲后，可避免被機體快速清除；捕獲了抗原的水凝膠原位形成“抗原庫”，持續釋放抗原，招募更多的DCs來攝取抗原，并刺激T細胞轉變成效應T細胞，由此激發機體強烈而持久的抗腫瘤免疫反應。

圖1 “抗原庫”形成機制及由此引發的抗腫瘤免疫應答示意圖

  該MnO₂@PND溫敏納米凝膠首先由溫敏性單體N-異丙基丙烯酰胺和含有兒茶酚結構的3-甲基丙烯酰多巴胺經自由基聚合而形成PND納米凝膠，再通過原位礦化法負載上MnO₂納米粒而得到（圖2a）。形成的PND和MnO₂@PND的水化直徑均約為200 nm（圖2b-2e），MnO₂@PND 結構采用紅外、XPS和XRD等進行了確認，其低的臨界溶解溫度為29 °C（圖2f, 2g）。由此得到的濃度為100 mg mL^-1 的MnO₂@PND水分散體在室溫下為可流動的溶膠，在體溫下因疏水作用增強而形成宏觀凝膠（圖2h, 2i）。

圖2 MnO₂@PND納米凝膠的制備路線圖與基本特性

a. MnO₂@PND納米凝膠的制備路線示意圖；b. PND納米凝膠的水合粒徑分布；c. PND納米凝膠的TEM照片；d. MnO₂@PND納米凝膠的水合粒徑分布；e. MnO₂@PND納米凝膠的TEM照片；f. MnO₂@PND中Mn的X射線電子能譜分析圖譜；g. MnO₂@PND納米凝膠的溫敏性；h. 濃度對MnO₂@PND納米凝膠分散體溶膠-凝膠轉變溫度的影響；i. MnO₂@PND納米凝膠分散體的儲能模量G′和損耗模量G′′隨溫度的變化。

  MnO₂@PND納米凝膠以及由此形成的宏觀水凝膠因兒茶酚結構的存在而對模型蛋白和TDPAs均有良好的吸附性（圖3a-e）。MnO₂@PND水凝膠對含有TDPAs的蛋白吸附量為不含兒茶酚基團的凝膠（MnO₂@PNI）的2倍以上。捕獲了TDPAs的凝膠皮下注射后可招募更多的DCs匯集到注射點附近（圖3f，3g），并刺激更多的DCs成熟（圖3h，3i）。

圖3 體外MnO₂@PND的“抗原捕獲”及免疫刺激作用

a. 形成的MnO₂@PND水凝膠對胎牛血清中蛋白的吸附比例；b. MnO₂@PND納米凝膠粒徑在與腫瘤細胞裂解液孵育前后的變化；c. 腫瘤細胞裂解液孵育前后MnO₂@PND納米凝膠Zeta電位的變化；d. 捕獲的腫瘤裂解液中總蛋白的含量；e. 捕獲后細胞裂解液上清中HMGB1的濃度；f. 捕獲抗原的MnO₂@PND體內注射5天后召集DCs免疫熒光代表圖；g. 體內召集DCs免疫熒光強度統計圖；h. 捕獲抗原的MnO₂@PND體外促進DCs成熟流式細胞代表圖；i. 體外促進DCs成熟流式細胞統計圖.

  如圖4a，對小鼠4T1乳腺癌皮下瘤進行治療。結果表明，瘤內注射MnO₂@PND水凝膠并結合NIR光熱治療后，可使原發腫瘤在治療后第4天幾乎完全消除且不復發（圖4b-4d），并可有效激活機體的抗腫瘤免疫應答（3e-3h）。

圖4 原發瘤治療效果與免疫應答

a. 原發瘤治療過程示意圖；b. 腫瘤生長曲線；c. 不同時間點各組小鼠代表性照片；d. 腫瘤照片（第14天）；e. 治療5天后腫瘤引流淋巴結中成熟DCs流式細胞代表性圖片及f. 成熟DCs占比流式統計圖；g. 治療14天后血清中的干擾素-γ（IFN-γ）水平和h. 血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）水平.

  這種可注射黏附性水凝膠經瘤內注射，在NIR激光照射捕獲了自體腫瘤抗原后，可在腫瘤部位存在長達14天以上，由此激發持久而強烈的抗腫瘤免疫反應，可使機體在未使用任何免疫佐劑或免疫檢查點抑制劑的情況下，仍能顯著抑制遠端腫瘤和再次接種腫瘤的生長。如圖5所示，荷瘤鼠被治療后第40天，在對側皮下再次接種腫瘤細胞，相較于利用手術切除和非抗原捕獲凝膠光熱治療的小鼠，基于MnO₂@PND光熱治愈的小鼠的再接種瘤被顯著抑制（圖5b-5d），這可歸因于小鼠體內產生了較多的效應記憶T細胞（圖5e，5f）和較高水平的抗腫瘤細胞因子（圖5g-5j）。

圖5 再次接種種瘤治療效果

a. 再次接種腫瘤治療過程示意圖；b. 再種瘤腫瘤生長曲線；c. 不同時間點各組小鼠代表性照片；d. 腫瘤照片（第60天）；e. 首次治療40天后脾臟中效應記憶T細胞流式細胞代表圖；f. 根據流式細胞圖統計的效應記憶T細胞百分含量；g. 血清中的干擾素-γ（IFN-γ）水平（第30天）；h.血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）水平（第30天）；i. 血清中的干擾素-γ（IFN-γ）水平（第45天）；j. 血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）水平（第45天）.

  以上相關成果以 “Injectable Adhesive Hydrogel as Photothermal‐Derived Antigen Reservoir for Enhanced Anti‐Tumor Immune”發表在Advanced Functional Materials上。論文的第一作者為華中科技化學與化工學院博士生樊滿，華中科技大學化學與化工學院王芹教授與生命科學與技術學院朱艷紅教授為共同通訊作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202010587