介入性水凝胶微球疫苗作为消融治疗后激活抗肿瘤免疫的免疫放大器

Interventional hydrogel microsphere vaccine as an immune amplifier for activated antitumour immunity after ablation therapy.

作者信息Xiaoyu Liu, Yaping Zhuang, Wei Huang, Zhuozhuo Wu, Yingjie Chen, Qungang Shan, Yuefang Zhang, Zhiyuan Wu, Xiaoyi Ding, Zilong Qiu, Wenguo Cui, Zhongmin Wang
PMID37433774
发布时间2023-07-11
DOI10.1038/s41467-023-39759-w

实验完整度

高

包含体外材料表征(粒径、释放、转染)、细胞功能验证(BMDC分化、共刺激分子)、动物模型(原位KPC/Panc02)、体内功能验证(生存、转移)及机制验证(流式、IF、WB、RNA-seq),证据层级丰富。

主要模型

原位KPC胰腺癌小鼠模型 原位Panc02胰腺癌小鼠模型 皮下转移瘤模型(KPC/Panc02) 骨 marrow-derived dendritic cells (BMDCs) 体外模型

重点核对

雄性C57BL/6小鼠,6周龄;原位接种1×10^6 KPC或Panc02细胞于胰腺尾部 IRE电参数:1750V/cm、1Hz、100μs、99个脉冲;消融后瘤内注射20-30μl水凝胶疫苗 水凝胶疫苗成分:CD40L@CaCO3、Cas9@Lip、FLT3L、HAMA,浓度分别为500μg/mL、50ng/μl、500μg/mL、2wt% 治疗分组:对照、αPD-L1、IRE+疫苗等,剂量200μg i.p.,每三天一次 生存分析采用Kaplan-Meier法,log-rank检验,P<0.05为显著

摘要

胰腺癌对化疗或免疫治疗的反应率较低。尽管微创不可逆电穿孔(IRE)消融是治疗不可切除胰腺癌的一种有前景的选择,但该肿瘤类型特有的免疫抑制性肿瘤微环境导致肿瘤复发。因此,加强内源性适应性抗肿瘤免疫对于改善消融治疗和消融后免疫治疗的效果至关重要。在这里,我们提出一种水凝胶微球疫苗,通过在肿瘤床相对较低的pH值下释放其负载的FLT3L和CD40L来放大消融后的抗癌免疫反应。该疫苗促进肿瘤驻留的1型常规树突状细胞(cDC1)向肿瘤引流淋巴结(TdLN)迁移,从而启动cDC1介导的抗原交叉呈递级联反应,增强内源性CD8+ T细胞反应。我们在雄性小鼠的原位胰腺癌模型中证明,水凝胶微球疫苗以安全有效的方式将免疫学上的“冷”肿瘤微环境转化为“热”肿瘤微环境,从而显著提高生存率并抑制远处转移的生长。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何放大消融治疗后胰腺癌的内源性抗肿瘤免疫,以抑制肿瘤复发和转移?
核心机制
水凝胶疫苗通过酸性环境序贯释放FLT3L和CD40L,促进肿瘤驻留CD103+CD11b− cDC1的招募、成熟和迁移至肿瘤引流淋巴结,从而增强cDC1介导的抗原交叉呈递,放大内源性CD8+ T细胞抗肿瘤反应,并将“冷”肿瘤转为“热”肿瘤。
主要证据
原位KPC和Panc02小鼠模型显示,IRE联合疫苗显著延长生存(中位OS 48天 vs 36天),抑制远处转移(重量降至1/5,体积降至1/7);流式和IF显示cDC1和CD8+ T细胞密度显著增加;CD8+ T细胞耗竭或MHC-I阻断消除远隔效应支持CD8+ T细胞介导。
研究意义
该策略提供了一种局部免疫放大策略,有望用于胰腺癌消融后的免疫治疗,克服冷肿瘤的免疫抑制,并可能与其他ICD治疗协同,具有临床转化潜力。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

制备和表征水凝胶微球疫苗

验证疫苗各组分(脂质体、CaCO3纳米颗粒、水凝胶)的物理化学性质和功能。

制备Cas9@脂质体、CD40L@CaCO3纳米颗粒,并与FLT3L和HAMA混合,通过微流控制备疫苗;通过DLS、SEM、EDS表征粒径和分散性;体外释放实验检测pH 6.8下FLT3L和CD40L的释放曲线。

2

体外验证疫苗对细胞转染和cDC1激活

评估疫苗结合电穿孔对肿瘤细胞转染效率的影响,以及对BMDC分化和成熟的影响。

对Panc02、KPC、AsPC1、3T3细胞进行电穿孔+疫苗处理,流式检测GFP阳性率;用IL-4和GM-CSF诱导BMDC,并加入疫苗,流式检测cDC1比例和共刺激分子表达。

3

验证IRE消融诱导的免疫重塑

确定IRE消融对胰腺癌转录组和免疫微环境的影响。

对原位胰腺癌小鼠进行IRE处理,7天后取肿瘤进行H&E、TUNEL染色、RNA-seq和GSEA分析,检测炎症和免疫相关基因表达及CD45+细胞浸润。

4

验证疫苗对cDC1的扩增和迁移

评估疫苗在体内对肿瘤驻留cDC1的招募、成熟和迁移至淋巴结的影响。

原位肿瘤小鼠接受疫苗或对照微球治疗,流式检测肿瘤、TdLN和脾脏中cDC1的比例和密度,IF染色验证;ELISA检测瘤内FLT3L和CD40L浓度。

5

验证疫苗对CD8+ T细胞免疫的扩增

评估疫苗对CD8+ T细胞激活、增殖和效应功能的影响。

流式检测TdLN和肿瘤中CD8+ T细胞密度、Ki67+和IFN-γ+亚群,ELISA检测细胞因子水平,血清肝功能指标评估安全性。

6

评估疫苗联合IRE对肿瘤生长和生存的影响

确定联合治疗的抗肿瘤效果和远隔效应。

原位KPC和Panc02模型,IRE后注射疫苗,监测肿瘤生长、生存期、远处转移(皮下、肺、肝),并检测循环免疫细胞。

7

验证远隔效应的免疫机制

确定远隔效应是否由CD8+ T细胞介导,并依赖MHC-I抗原呈递。

通过注射抗CD8β或抗MHC-I抗体耗竭CD8+ T细胞或阻断MHC-I,观察远处肿瘤生长和转移情况。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
pX330质粒Addgene42230
无内毒素Giga质粒纯化试剂盒Thermo FisherA31233
小鼠CD40配体R&D Systems8230-CL-050/CF
DLin-MC3-DMAAbsin Biotechabs820381
甲基丙烯酰化透明质酸----
DMEM培养基Sigma-AldrichRNBK3090
胎牛血清----
小鼠肿瘤解离试剂盒Miltenyi Biotec30-096-730
CD45-APC-eFluor780抗体eBioscience47-0451-82
EpCAM抗体BioLegend118208
基质胶Corning354248
BTX ECM 830电穿孔仪BTX, Harvard BioscienceECM
Nanoject III微量注射器Drummond3-000-207
抗PD-L1抗体(10F.9G2)BioXCellBP0101
同型对照抗体(MOPC-21)BioXCellBP0090
抗CD40抗体(FGK4.5)BioXCellBP0016-2
FLT3LSino Biological51113-M02H
抗CD8β抗体(58-5.8)BioXCellBE0223
抗MHC-I抗体(Y-3)BioXCellBE0172
D-荧光素BioVision7002-1
IVIS Lumina III成像系统PerkinElmerCLS136334
PercollGE Healthcare17-0891-02
FastScan总PD-L1 ELISA试剂盒Cell Signaling Technology41590
小鼠FLT3配体ELISA试剂盒Abcamab275551
小鼠可溶性CD40配体ELISA试剂盒WESTANGF00411
小鼠TNF-α ELISA试剂盒WESTANGF11630
小鼠IFN-γ ELISA试剂盒BeyotimePI508
小鼠IL-12 p70 ELISA试剂盒BeyotimePI530
可固定活力染料510BD Biosciences564406
CD16/32抗体(93)BioLegend101320
胞内固定透化试剂盒BD554714
BD LSRFortessa X-20流式细胞仪BD Biosciences--
TUNEL染色试剂盒BeyotimeC1086
酪胺信号放大试剂盒InvitrogenB40912-40926
NanoZoomer S360扫描仪Hamamatsu Photonics--
Pannoramic MIDI扫描仪3DHISTECH--
抗CK19抗体ProteinTech60187-1-Ig
抗TNF-α抗体ProteinTech60291-1-Ig
抗IFN-γ抗体InvitrogenPA1-24782
抗HMGB1抗体Abcamab18256
抗SpCas9抗体Abcamab189380
抗β-肌动蛋白抗体CST3700
抗GAPDH抗体Abcamab9484
抗PD-L1抗体ProteinTech66248-1-Ig
RIPA裂解液----
Bradford试剂Sigma-AldrichB6916
TRIzol试剂Invitrogen15596018
Illumina HiSeqX10测序平台Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
水凝胶微球疫苗制备
修饰率:HAMA双键修饰率69.8%;核酸-脂质比1:1;CD40L浓度500μg/mL;FLT3L浓度500μg/mL;HAMA浓度2wt%;LAP浓度0.1wt%
阅读提示:Methods: Preparation of the hydrogel microsphere vaccine
动物模型建立(原位胰腺癌)
品系:雄性C57BL/6,6周龄;细胞:1×10^6个KPC或Panc02细胞,与Matrigel混合后注入胰腺尾部
阅读提示:Methods: Animal experiments and in vivo irreversible electroporation
IRE消融参数
电场强度1750V/cm、频率1Hz、脉冲宽度100μs、脉冲数99;肿瘤长度约5mm,每个肿瘤处理3次
阅读提示:Methods: Animal experiments and in vivo irreversible electroporation
疫苗给药
瘤内注射体积20-30μL,IRE后立即给予
阅读提示:Methods: Animal experiments and in vivo irreversible electroporation
对照组设置
Group1: CaCO3/Cas9@Lip/@HAMA; Group2: FLT3L/Cas9@Lip/@HAMA; Group3: CD40L/Cas9@Lip/@HAMA; Group4: CD40L/FLT3L/Cas9@Lip/@HAMA
阅读提示:Methods: Preparation of the hydrogel microsphere vaccine and counterparts
生存分析
终点:死亡或濒死状态;统计:Kaplan-Meier法,log-rank检验
阅读提示:Methods: Evaluation of tumour growth and mouse survival