膠質(zhì)瘤作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)極具侵襲性的腫瘤,因高侵襲性、遺傳異質(zhì)性和血腦屏障(BBB)保護(hù),傳統(tǒng)療法效果欠佳。聲動力療法(SDT)以其無創(chuàng)、深層組織穿透等優(yōu)勢成為新興治療方式,通過超聲激活聲敏劑產(chǎn)生單線態(tài)氧破壞腫瘤細(xì)胞,同時利用聲空化效應(yīng)增強(qiáng)藥物滲透。但小分子聲敏劑存在體內(nèi)代謝快、選擇性差等問題,限制了療效。盡管納米載體系統(tǒng)整合聲敏劑有所改進(jìn),但能穿過BBB實現(xiàn)膠質(zhì)瘤協(xié)同治療的載體設(shè)計仍具挑戰(zhàn)。
彈性蛋白樣多肽(ELPs)作為模擬天然彈性蛋白的人工多肽,憑借生物相容性好、免疫原性低、熱響應(yīng)性及可被蛋白酶降解等優(yōu)勢,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注。ELPs由VPGXG五肽單元構(gòu)成,可通過序列定制實現(xiàn)對溫度、pH和光等刺激的響應(yīng),其自組裝行為使其能負(fù)載疏水藥物,延長藥物血液循環(huán)時間和提高藥物生物利用度。而多酚與金屬離子配位形成的金屬酚網(wǎng)絡(luò)(MPNs)在腫瘤化學(xué)動力學(xué)治療(CDT)和磁共振(MR)成像中展現(xiàn)潛力,特別是單寧酸/Mn2?(TM)MPNs,具有生物相容性、pH敏感性和CDT性能。其豐富的酚羥基使其可作為涂層材料吸附于納米材料上。此外,研究表明活性氧(ROS)除直接殺傷腫瘤細(xì)胞外,還可通過誘導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡(ICD)和激活cGAS-STING通路觸發(fā)抗腫瘤免疫。Mn2?能增強(qiáng)cGAS對DNA的敏感性及cGAMP與STING的親和力,協(xié)同CDT/SDT有效激活抗腫瘤免疫反應(yīng)。
基于此,東華大學(xué)史向陽教授團(tuán)隊與法國波爾多大學(xué)Sébastien Lecommandoux教授課題組合作設(shè)計并構(gòu)建了一種巨噬細(xì)胞膜仿生的金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)包覆彈性蛋白樣多肽膠束用于實現(xiàn)原位腦膠質(zhì)瘤的聲動力/化學(xué)動力/免疫治療(圖1)。研究團(tuán)隊以分子量為33.7kDa、氨基酸序列為MW[VPGVG-VPGMG-(VPGVG)2]20的ELP通過共價鍵與聲敏劑二氫卟吩e6(Ce6)鏈接,并在水溶液中通過自組裝形成納米膠束,隨后包覆由單寧酸和Mn2+組成的MPN,從而獲得Ce6-ELP@TM。最后,Ce6-ELP@TM被巨噬細(xì)胞膜(MMs)偽裝獲得納米藥物Ce6-ELP@TM/MM。該納米藥物的物理化學(xué)特性、體外及體內(nèi)的抗腫瘤效果、免疫激活效果及相關(guān)機(jī)制被詳細(xì)評價。

圖1. Ce6-ELP共聚物的合成(a)及Ce6-ELP@TM/MM的制備和用于原位腦膠質(zhì)瘤治療示意圖(b)。
團(tuán)隊首先通過1H NMR、熒光光譜、動態(tài)光散射、圓二色譜、TEM等證明了Ce6-ELP@TM/MM的成功制備,且具有良好的膠體穩(wěn)定性及聲動力學(xué)特性,其平均尺寸約為58 nm(圖2)。

圖2.(a)Ce6-ELP在氘化DMSO中的1H NMR譜。(b)ELP和Ce6-ELP的熒光發(fā)射光譜(激發(fā)波長 = 405 nm)。(c)用芘作為熒光探針測定得到的Ce6-ELP納米膠束的CMC。(d)不同處理后Ce6-ELP納米膠束的水動力尺寸分布。(e)超聲輻照前后ELP或Ce6-ELP的圓二色譜。(f-g)Ce6-ELP@TM(插圖為Ce6-ELP@TM的尺寸分布直方圖)和Ce6-ELP@TM/MM的TEM圖像(比例尺為50 nm)。(h)Ce6-ELP@TM/MM分散在水中、PBS或含有10% FBS的DMEM中的水動力學(xué)尺寸(n = 3)。(i)在超聲輻照后的TEMP捕獲的1O2的ESR譜圖([Ce6] = 5 μg/mL, 1.0 MHz, 1.0 W/cm2, 30 s)。
隨后,團(tuán)隊通過流式細(xì)胞術(shù)和激光共聚焦分析了腫瘤細(xì)胞對Ce6-ELP@TM/MM的攝取行為,并以CCK-8法初步評估了納米藥物的體外抗腫瘤效果(圖3),并以此結(jié)果確定了后續(xù)實驗中超聲施加的條件及藥物使用濃度。

圖3. (a)C6細(xì)胞與Ce6-ELP@TM/MM培養(yǎng)不同時間后的流式細(xì)胞術(shù)檢測結(jié)果(n = 3)。C6細(xì)胞與不同材料孵育4小時后的激光共聚焦圖像(b,比例尺為40 μm)。(c)在沒有超聲的情況下,C6細(xì)胞與不同材料培養(yǎng)24小時后的活力(n = 6)。(d)在不同條件下,Ce6與C6細(xì)胞共培養(yǎng)后經(jīng)不同條件超聲照射(1 MHz)的活力(n = 6)。(e)不同材料與C6細(xì)胞共培養(yǎng)后在超聲照射下的細(xì)胞活力(1 MHz、1 W/cm2和40 s,n = 6)。在圖c-e中,ns表示無統(tǒng)計學(xué)差異,*表示p < 0.05,***表示p < 0.001。
接下來,團(tuán)隊深入研究了Ce6-ELP@TM/MM對C6細(xì)胞的詳細(xì)治療機(jī)制。通過細(xì)胞活死染色、細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞內(nèi)的ROS、線粒體膜電位等的檢測證實了,該納米藥物的化學(xué)動力學(xué)和聲動力學(xué)治療效果(圖4)。以蛋白質(zhì)免疫印跡分析評估了癌細(xì)胞經(jīng)納米藥物處理后,細(xì)胞內(nèi)的STING通路的激活狀態(tài),證明了Mn2+在細(xì)胞STING通路激活過程中的作用。

圖4.(a)不同材料處理C6細(xì)胞在超聲存在或不存在條件下的活、死染色結(jié)果(比例尺= 100 μm)。(b)經(jīng)不同處理后的C6細(xì)胞的凋亡流式細(xì)胞術(shù)分析(n = 3)。(c-f)經(jīng)不同處理的C6細(xì)胞內(nèi)ROS水平變化的流式細(xì)胞檢測結(jié)果及定量分析(n = 3)。(g)經(jīng)不同處理后的C6細(xì)胞內(nèi)的線粒體膜電位變化檢測結(jié)果(比例尺= 20 μm,1 W/cm2, 30 s, 1 MHz)。在圖d和f中,**表示p < 0.01,***表示p < 0.001。
團(tuán)隊進(jìn)一步研究了納米藥物在超聲輻照下誘導(dǎo)免疫源性細(xì)胞死亡的效果。通過胞外ATP和HMGB-1研究及激光共聚焦顯微鏡觀察表明,超聲輻照下,納米藥物能夠?qū)е?/span>ATP分泌及HMGB-1釋放增加(圖5b-c),同時能引起胞內(nèi)大量的CRT外翻至細(xì)胞膜上(圖5d),從而說明其可在體外誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生免疫原性死亡。隨后,Transwell實驗證明了引起的ICD能夠引起樹突細(xì)胞熟化(圖5e)。

圖5.(a)經(jīng)不同材料處理后C6細(xì)胞內(nèi)γ-H2AX的免疫熒光染色結(jié)果。不同處理后C6細(xì)胞釋放ATP(b)、HMGB1的水平(c)和C6細(xì)胞膜表面暴露CRT的水平(d);不同處理的C6細(xì)胞與樹突細(xì)胞共孵育示意圖及樹突細(xì)胞熟化情況(e);在圖c-d中,**表示p < 0.01,***表示p < 0.001。
該納米藥物攜帶的Mn2+和Ce6分別具備MR成像和熒光成像的特性,通過對巨噬細(xì)胞膜仿生前后的納米藥物在腦部聚集情況的分析,驗證了Ce6-ELP@TM/MM能夠跨越血腦屏障實現(xiàn)高效的腦部遞送(圖6)。

圖6.(a)尾靜脈注射Ce6-ELP@TM或Ce6-ELP@TM/MM前后不同時間點后的原位腦膠質(zhì)瘤小鼠模型的T1加權(quán)MR圖像。(b)尾靜脈注射不同時間點后原位腦膠質(zhì)瘤小鼠模型的體內(nèi)和(c)離體器官熒光圖像。不同處理組荷瘤小鼠的膠質(zhì)瘤MR信號強(qiáng)度定量分析(d)、熒光強(qiáng)度分析(e)和離體主要器官熒光強(qiáng)度分析(f)([Ce6] = 5 mg/kg,每只小鼠200 mL PBS,n = 3)。在圖d-f中,ns表示無統(tǒng)計學(xué)差異,*表示p < 0.05,***表示p < 0.001。
隨后,團(tuán)隊通過建立C6原位腦膠質(zhì)瘤模型,研究了Ce6-ELP@TM/MM的體內(nèi)抗腫瘤治療效果。實驗結(jié)果表明,相同材料處理后,施加超聲明顯增強(qiáng)了治療效果,大大抑制了腫瘤的生長,這表明聲動力治療聯(lián)合化學(xué)動力學(xué)治療后比單一的化學(xué)動力學(xué)治療效果更佳(圖7)。通過免疫組化和免疫熒光切片進(jìn)一步驗證了納米藥物的體內(nèi)治療效果及其在體內(nèi)對STING的激活情況。

圖7.(a)Ce6-ELP@TM/MM納米復(fù)合物的荷瘤小鼠體內(nèi)治療過程示意圖;(b)不同治療組的代表性MR圖像(1:PBS;2:PBS + US;3:Ce6-ELP@TM;4:Ce6-ELP@TM + US;5:Ce6-ELP@TM/MM;和6:Ce6-ELP@TM + US)以及不同處理后各組相對腫瘤體積(c)和小鼠體重(d)定量分析(c-d組,n = 5)。(e)腫瘤的免疫組織化學(xué)(H&E和TUNEL)和免疫熒光染色(p-STING)結(jié)果(標(biāo)尺為50 μm)。在圖c中,*表示p < 0.05,**表示p < 0.01,***表示p < 0.001。
隨后,團(tuán)隊研究了Ce6-ELP@TM/MM納米藥物介導(dǎo)的聯(lián)合治療后的體內(nèi)免疫響應(yīng)。結(jié)果表明,Ce6-ELP@TM/MM在施加超聲后,腫瘤和脾臟CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞的數(shù)量上調(diào)最為明顯,腫瘤部位的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)顯著下調(diào),證明通過聲動力/化學(xué)動力/免疫聯(lián)合治療后能夠有效刺激機(jī)體產(chǎn)生更多的殺傷和效應(yīng)性T細(xì)胞,從而增強(qiáng)抗腫瘤治療效果(圖8)。

圖8. 不同處理后血清中TNF-α(a)、IFN-β(b)、IL-6(c)的相對水平(n = 3)。不同處理后腦內(nèi)CD11c+CD80+DC的百分比(n = 3)(d)。(e)不同處理后腦內(nèi)CD3+CD4+ T細(xì)胞和(f)CD3+CD8+ T細(xì)胞的流式細(xì)胞分析結(jié)果(n = 3)。(g)不同處理后脾臟CD3+CD4+ T細(xì)胞和(h)CD3+CD8+ T細(xì)胞的流式細(xì)胞分析結(jié)果(n = 3)(a-d組中,**表示p < 0.01,***表示p < 0.001)。
以上研究以“Biomimetic metal-phenolic network-coated elastin-like polypeptide micelles as an immunogenic cell death inducer for orthotopic glioma sonodynamic-chemodynamic-immune therapy”為題,發(fā)表于國際著名期刊Nano Today上。東華大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士研究生王志強(qiáng)為第一作者,東華大學(xué)史向陽教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、上海市科委等項目的資助。
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.nantod.2025.102810
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