可见光肿瘤靶向生物混合载体能够重新编程癌相关成纤维细胞,从而增强光热免疫疗法的效果

《Acta Biomaterialia》:Visible tumor-targeting biohybrid vehicles reprogram cancer-associated fibroblasts to potentiate photothermal immunotherapy

【字体: 时间:2026年02月16日 来源:Acta Biomaterialia 9.6

编辑推荐:

  光热-免疫协同治疗系统通过血小板膜包裹的混合生物载体实现CAFs重编程,打破外基质屏障并激活免疫应答。

  
金丽敏|杨晓涵|张艳|孟欣|黄鹏宇|梅琳|朱敦万|董霞|吕峰
中国医学科学院天津卫生科学研究院生物医学工程研究所,先进医疗材料与设备国家重点实验室,生物医学材料与纳米技术用于癌症免疫治疗重点实验室,天津300192

摘要

细胞外基质(ECM)是一种物理屏障,严重阻碍了光热剂和免疫细胞的深入渗透,这是肿瘤光热免疫治疗效果的主要挑战。在这项研究中,开发了一种可见光肿瘤靶向的血小板膜包裹的生物杂交载体,通过重编程癌相关成纤维细胞(CAFs)来增强光热-免疫疗法的效果。该系统结合了IR820修饰的血小板膜和装载洛沙坦的锰-多酚纳米颗粒。基于IR820和锰离子的成像对比信号,该生物杂交系统能够在荧光-磁共振双模态成像的引导下实现可视化递送。通过释放洛沙坦将CAFs重编程为静止状态后,ECM得以重塑。减弱的物理屏障和血小板载体共同促进了光热剂的深入渗透,提高了光热治疗的敏感性。此外,光热刺激和CAFs调节的协同策略同时激活了全身免疫系统,并缓解了肿瘤的免疫抑制微环境。这种生物杂交递送系统通过正反馈机制有效地重建了抗肿瘤免疫防御系统,提升了光热免疫疗法的效果。

意义声明

致密的细胞外基质(ECM)构成了一个主要的物理屏障,严重限制了光热剂和免疫细胞进入肿瘤的渗透,从而大大降低了光热免疫疗法的效果。这一屏障的主要原因是癌相关成纤维细胞(CAFs),它们还会抑制免疫系统。将CAFs恢复到静止状态或将其重编程为肿瘤抑制表型是一种有前景的策略,可以改善ECM的沉积并逆转免疫抑制。开发了一种可见光肿瘤靶向的血小板膜包裹的生物杂交载体,通过CAFs的重编程来增强光热-免疫疗法的效果。这种干预措施打破了基质屏障,减轻了免疫抑制,从而增强了抗肿瘤免疫。此外,该系统实现了实时的双模态MRI-荧光成像,为精准光热免疫疗法提供了可视化指导平台。

引言

由于肿瘤的异质性和复杂的微环境大大限制了单一疗法的效果,联合疗法已成为临床肿瘤治疗的重要策略[1,2]。光热联合肿瘤免疫疗法通过诱导肿瘤抗原和增强抗肿瘤免疫取得了积极进展[[3], [4], [5]]。然而,细胞外基质和免疫抑制微环境带来的物理屏障成为了影响联合疗法效果的主要障碍。肿瘤细胞与肿瘤微环境中的其他细胞和非细胞成分合作,形成了一个物理屏障[6,7]。这会破坏肿瘤细胞的代谢,促进血管生成,并耗尽免疫效应细胞,从而创建一个全面的免疫抑制肿瘤微环境,促进肿瘤细胞的增殖、免疫逃逸和侵袭[8]。因此,打破细胞外基质的物理屏障,促进光热剂和免疫细胞的深入渗透,以及调节肿瘤的免疫抑制微环境,是增强光热联合肿瘤免疫疗法效果的有效策略。
癌相关成纤维细胞(CAF)是肿瘤微环境中免疫抑制活性的主要来源[9]。它们通过产生多种细胞因子、趋化因子和细胞外基质来抑制抗肿瘤免疫,促进肿瘤细胞的生长、侵袭和转移[10,11]。CAF还通过分泌大量胶原蛋白和纤维连接蛋白来重塑细胞外基质,从而产生缺氧和代谢压力大的环境,阻碍了抗肿瘤试剂的渗透[12,13]。同时,它们通过增加抗凋亡蛋白的表达和激活药物抵抗信号通路,进一步降低了抗肿瘤剂的效果[14]。此外,CAF通过重塑免疫细胞和癌细胞之间的连续屏障,阻止了免疫细胞的浸润,从而促进了肿瘤的侵袭和迁移[15]。因此,将促肿瘤CAF的激活状态恢复为相对静止状态或将其重编程为肿瘤抑制表型,可以减轻细胞外基质的物理屏障并调节免疫抑制微环境[16,17],从而提高肿瘤细胞对光热剂的敏感性并增强抗肿瘤免疫[18]。CAF是肿瘤微环境(TME)中的主导基质细胞,它们分泌细胞因子和细胞外基质,形成致密的免疫抑制屏障,损害了光热疗法和免疫疗法的效果。作为一种广泛使用的抗高血压药物,洛沙坦也可以调节肿瘤相关成纤维细胞并进一步激活免疫系统[19,20]。如何有效地将其递送到肿瘤并重编程CAF是需要解决的关键问题。随着生物杂交递送系统的发展,细胞载体和纳米载体的结合将提高药物装载和靶向递送效率[21,22]。
医学成像可视化为肿瘤靶向递送提供了准确的导航[23,24]。双模态成像不仅可以克服单一成像模式的局限性,还可以实现互补优势,并提供形态学、功能和分子相关的信息[25,26]。荧光成像和磁共振成像(MRI)是用于成像引导的精准递送的主要成像技术[27,28]。MRI-荧光双模态成像由于其独特的协同效应和互补优势,将为优化治疗窗口提供可视化策略[29,30]。在光热联合肿瘤免疫疗法的过程中,某些试剂或材料还可以在诊断和治疗中发挥双重作用。这样,无需额外的外源性成像造影剂即可实现成像引导的精准递送。作为光敏剂,IR820同时具有光热和荧光功能,适用于荧光成像引导的光热疗法[31,32],而锰离子材料也可以用作MRI造影剂和免疫佐剂[33]。因此,基于锰的递送系统与IR820的结合将为MRI-荧光双模态成像引导的光热免疫疗法提供可视化路径。
在这项研究中,设计了一种可见光肿瘤靶向的血小板膜包裹的生物杂交载体(IR-PV@LNP),通过CAFs的重编程来增强光热联合肿瘤免疫疗法的效果(图1)。该生物杂交系统由IR820修饰的血小板膜和装载洛沙坦的锰-多酚纳米颗粒组成。凭借血小板膜包裹递送系统的肿瘤归巢特性,它可以逃避免疫系统的清除,并主动将治疗剂递送到目标肿瘤组织[[34], [35], [36]]。此外,基于IR820和锰离子的成像对比信号,该生物杂交系统可以通过荧光-磁共振双模态成像进行可视化监测。递送到肿瘤部位后,局部光热效应与CAFs的重编程相结合,不仅诱导了光热损伤以激活身体的免疫系统,还启动了一系列肿瘤微环境的调节。将CAFs重编程为静止状态后,ECM得到了重塑,因此减弱的物理屏障和血小板载体共同促进了光热剂的深入渗透,从而提高了肿瘤细胞对光热治疗的敏感性。此外,光热效应与CAFs的调节共同显著改善了免疫抑制的肿瘤微环境。CAF对肿瘤细胞外基质的调节促进了大量免疫细胞(包括效应T细胞和自然杀伤(NK)细胞)进入肿瘤。静止的CAF减弱了M1巨噬细胞向M2巨噬细胞的极化,导致巨噬细胞表型的转变。肿瘤内细胞因子水平的变化阻碍了免疫抑制细胞(如髓系来源的抑制细胞(MDSCs)的招募。光热效应与锰离子的免疫佐剂刺激相结合,有效激活了树突状细胞(DCs)并增强了免疫反应。所有这些过程通过正反馈机制重建了抗肿瘤免疫防御系统,提升了光热免疫疗法的效果。

部分内容摘要

IR-PV@LNP的体外细胞摄取和内吞途径

使用尼罗红标记的洛沙坦(Los)比较了LNP和IR-PV@LNP的细胞摄取效果。4T1细胞分别与PBS、LNP和浓度为4 μg/mL的IR-PV@LNP在37 °C下孵育9小时。然后用Hoechst 33342染色5分钟后,通过流式细胞术(BD FACS Calibur,BD,美国)检测细胞内的尼罗红荧光,并通过共聚焦激光扫描显微镜(ZEISS)验证了制剂的细胞内分布

制备和表征

将洛沙坦(Los)自组装核化(Los NP)和锰-单宁酸(Mn-TA)纳米涂层结合,制备了装载洛沙坦的Mn-TA纳米颗粒(LNP),然后与IR820修饰的血小板膜载体(IR-PV)结合,形成生物杂交药物递送载体(IR-PV@LNP)。洛沙坦自组装的纳米药物可以有效增加药物装载量。单宁酸(TA)的多齿配体可以与Mn2+自组装成紧凑的球形Mn-TA纳米颗粒(NP)[37]。

结论

总之,可见光肿瘤靶向的血小板膜包裹的生物杂交载体IR-PV@LNP通过利用CAFs的重编程,在推进光热肿瘤免疫疗法方面显示出显著潜力。局部光热效应与CAFs重编程的结合不仅直接对肿瘤造成了光热损伤,还重塑了细胞外基质,减弱了物理屏障,并促进了光热剂或各种免疫效应细胞的深入渗透。

注释

作者声明没有竞争性财务利益。

数据可用性

数据将应要求提供。

支持信息

材料、细胞、动物信息、IR-PV@LNP的表征、流式细胞术染色和一些数据在支持信息中展示。

CRediT作者贡献声明

金丽敏:撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析、数据管理。杨晓涵:撰写——原始草稿、软件、方法学、研究。张艳:方法学、数据分析。孟欣:方法学、研究。黄鹏宇:资源获取、资金筹集。梅琳:资源管理、项目协调。朱敦万:撰写——审稿与编辑、资源管理、资金筹集。董霞:撰写——审稿与编辑、原始撰写
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