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中科大王育才教授团队Nano Today:高分子内核增强纳米疫苗抗肿瘤效果
2020-10-23  来源:高分子科技

  癌症纳米疫苗具有训练免疫系统以特异性识别和清除肿瘤细胞的能力。但是,疫苗的功效受到其无法高效进入引流淋巴结、被树突状细胞(DC)识别及摄取能力较差、及免疫原性较弱不足以引起DC的完全成熟等方面的限制。如何发展可实现高效靶向体内DC、促进其完全成熟的纳米疫苗是目前研究的热点。


  自然界中,细菌等病原体含有多种病原体分子模式(PAMPs),可被表达有相应模式识别受体(PRRs)的DC等天然免疫细胞识别、吞噬,并引起细胞的活化和成熟。因此细菌及其衍生物可发展为有效的佐剂,以解决纳米疫苗存在的上述问题。其中,细菌外膜囊泡(OMVs)在生物医学领域受到广泛关注。OMVs是主要由革兰氏阴性菌分泌的外膜形成的球形囊泡,含有多种细菌来源的成分,包括酶、毒力因子、细菌特异性抗原和各种PAMPs,如脂多糖、脂蛋白、核酸、肽聚糖等。且因OMVs的不可复制性,可在很大程度上解决细菌带来的体内毒性问题。


  王育才教授课题组近期发表综述文章,总结了OMVs在生物医学领域的应用(J. Control. Release, 2020, 323, 253-268),详细分析了OMVs的不同组分对其生物医学应用的贡献(图1)。


图1、OMVs的组成及各组分对于生物医学应用的贡献。


  该综述还总结了OMVs的生物医学应用(图2)。由于OMVs包含细菌疫苗的两种基本组分:细菌抗原和多种PAMPs,它已被发展为细菌疫苗,激活适应性免疫应答。类似地,PAMPs的存在使OMVs可作为强力的佐剂,用于增强和调节针对特定抗原的免疫应答。另外,OMVs的囊泡结构及其含有的PAMPs使其被发展成为药物递送载体以实现细胞靶向递送或在特定脏器的富集。近来,基于OMVs含有细菌外膜来源的黏附分子,OMVs被用于模拟细菌外膜、结合到机体靶细胞,从而削弱真正细菌的粘附和感染。


图2、OMVs的生物医学应用。


  王育才教授课题组利用自然界中细菌等病原体可有效被中性粒细胞识别并吞噬的特性,发展出基于OMVs的仿生纳米病原体(NPN)体系用于NPs的中性粒细胞靶向(Nat. Commun., 2020, 11, 1126)(图3)。该策略可广泛应用于多种类纳米/微米颗粒的中性粒细胞特异靶向,且可应用于中性粒细胞参与的肿瘤/炎症等多种类型疾病的治疗。


图3、(a)中性粒细胞可识别并吞噬多种病原体。(b)NPN制备过程。


  近日,在此研究基础上,王育才教授课题组发展了以高分子颗粒为内核的基于OMVs的肿瘤纳米疫苗(BTs),实现了有效的DC靶向和成熟(图4)。一方面,BTs中细菌衍生的病原体佐剂增强了DC靶向,成熟和抗原提呈。另一方面,BTs中的肿瘤细胞膜(TCMs)集合了多种多样的肿瘤内源性抗原,通过放大肿瘤特异性抗原的加工和呈递来创建多样化的T细胞库。佐剂和肿瘤抗原被组装在亚稳定的细胞膜中,可避免在生物环境中的过早分离。由聚乳酸-乙醇酸(PLGA)组成的聚合物内核可支撑BTs结构,增强多价表位的展示并促进免疫识别。该疫苗的设计探索了OMVs和TCMs之间的协同作用,以实现由细菌向DC呈递肿瘤抗原的相似功能,从而产生强大的抗肿瘤免疫反应。低至1 μg的OMVs即可显著增强DC摄取和成熟、抗原提呈及抗原特异性T细胞应答。BTs的免疫可以产生出色的肿瘤预防效果,约30%的小鼠超过100天保持无瘤状态。此外,BTs对已建立的实体瘤也显示出优秀的治疗效果,并可增敏免疫检查点疗法。


图4、(A)TCMs不能有效被DC识别和摄取。(B)自然界中DC可有效识别、摄取细菌,对其抗原进行加工后提呈至T细胞。(C)BTs的制备。(D)BTs可被DC识别和摄取,引起DC的完全成熟和抗原提呈。


  研究结果表明BTs可有效增强DC靶向和成熟(图5A-D),且PLGA内核可进一步增强此效应(图5E, F)。进一步我们发现,PLGA为内核的BTs(BTs@PLGA)可增强DC的抗原提呈,引发更强的T细胞应答(图5G-I)。


图5、(A, B)BTs增强DC摄取。(C, D)BTs引起更强的DC成熟。(E)不同内核的BTs形貌。(F)BTs@PLGA被DCs摄取最强。(G)BTs@PLGA引发更强的抗原提呈。(H, I)BTs@PLGA诱导更高比例的抗原特异性T细胞。


  BTs@PLGA在以上方面的优越表现可转化为卓越的抗肿瘤能力。在肿瘤预防实验和肿瘤治疗实验中,BTs@PLGA均可有效抑制肿瘤的发生和发展,且可增强免疫检查点抑制剂PD-1抗体(a-PD-1)的疗效(图6)。


图6、(A-D)肿瘤预防实验显示BTs@PLGA有效抑制肿瘤发生。(E-G)肿瘤治疗实验显示BTs@PLGA有效抑制肿瘤发展,且可增敏免疫检查点抑制剂a-PD-1的治疗效果。


  该研究以Nanovaccines Integrating Endogenous Antigens and Pathogenic Adjuvants Elicit Potent Antitumor Immunity为题在Nano Today发表。王育才教授为该论文的通讯作者,李敏博士、博士生周汉蒋为博士为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项基金和广东省生物医学工程重点实验室开放项目的资助。


  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1748013220301766

  下载:Nanovaccines integrating endogenous antigens and pathogenic adjuvants elicit potent antitumor immunity

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(责任编辑:xu)
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