原位生成微米级肿瘤细胞来源囊泡作为自体癌症疫苗以增强系统性免疫反应

In situ generation of micrometer-sized tumor cell-derived vesicles as autologous cancer vaccines for boosting systemic immune responses.

作者信息Yuxin Guo, Shao-Zhe Wang, Xinping Zhang, Hao-Ran Jia, Ya-Xuan Zhu, Xiaodong Zhang, Ge Gao, Yao-Wen Jiang, Chengcheng Li, Xiaokai Chen, Shun-Yu Wu, Yi Liu, Fu-Gen Wu
PMID36319625
发布时间2022-11-01
DOI10.1038/s41467-022-33831-7

实验完整度

包含纳米颗粒表征、细胞实验(活力、凋亡、ROS、转录组)、体外免疫细胞实验(DC成熟、巨噬细胞极化)、两种小鼠肿瘤模型(4T1、B16F10)体内疗效及免疫分析,并有功能验证和机制探索。

主要模型

4T1小鼠乳腺癌细胞 B16F10小鼠黑色素瘤细胞 4T1荷瘤BALB/c小鼠模型 B16F10荷瘤C57BL/6小鼠模型

重点核对

HDDT纳米颗粒的组成(DOX和阿帕替尼)及给药浓度(DOX剂量:5 mg/kg) 4T1和B16F10肿瘤模型的细胞接种量(8×10^6细胞/小鼠) 体内治疗分组(PBS、DOX、HDA、HDD、HDDA)及给药次数(3次) 免疫细胞分型标志物(CD11c、CD86、MHC II、F4/80等)

摘要

癌症疫苗能够促进肿瘤特异性免疫刺激,是最重要的免疫治疗策略之一,在癌症治疗/预防方面具有巨大潜力。在此,我们制备了一系列由阿霉素和酪氨酸激酶抑制剂负载、透明质酸包覆的树枝状聚合物组成的纳米颗粒(称为HDDT纳米颗粒),并发现HDDT纳米颗粒可以将多种癌细胞转化为微米级囊泡(1.6−3.2 μm;称为HMV),细胞到HMV的转化效率约为100%。我们在两个荷瘤小鼠模型中证实,纳米颗粒可以抑制肿瘤生长,诱导强效的免疫原性细胞死亡,并通过原位产生HMV将原发肿瘤转化为抗原库,作为个性化癌症疫苗用于癌症免疫治疗。此外,HDDT治愈的小鼠表现出强烈的免疫记忆效应,HDDT治疗可以实现对肿瘤再攻击的长期保护。总的来说,本工作为制备含有肿瘤相关抗原的囊泡和开发个性化癌症疫苗提供了一种通用策略。

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
能否通过纳米颗粒在肿瘤部位原位生成肿瘤细胞来源的微米级囊泡,并作为自体癌症疫苗诱导系统性抗肿瘤免疫反应?
核心机制
HDDT纳米颗粒通过诱导免疫原性细胞死亡(ICD)和细胞凋亡,将肿瘤细胞转化为微米级囊泡(HMV),后者作为自体疫苗,携带肿瘤抗原和DAMPs,促进树突状细胞成熟、巨噬细胞M1极化并激活T细胞免疫应答。
主要证据
在4T1和B16F10荷瘤小鼠模型中,HDDT治疗抑制肿瘤生长,增加肿瘤内成熟DC、M1样巨噬细胞和CD8+ T细胞浸润,并诱导免疫记忆;体外实验证实HDDT诱导ICD标志物(CRT、HMGB1、ATP)释放。
研究意义
作者指出该策略为原位生成自体肿瘤细胞疫苗提供了简单有效的纳米技术方法,可能促进个性化癌症疫苗的发展。

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

纳米颗粒的制备与表征

制备HDDT纳米颗粒并验证其理化性质(尺寸、电位、稳定性等)。

通过疏水作用将DOX和阿帕替尼共载于树枝状聚合物(Den),再用透明质酸(HA)包覆形成HDDT纳米颗粒;使用TEM、DLS、zeta电位、UV-vis光谱等表征。

2

细胞摄取与溶酶体逃逸

考察HDDT纳米颗粒的细胞内化机制及亚细胞分布。

通过共聚焦显微镜和流式细胞术分析4T1、MDA-MB-231等细胞对HDDT的摄取,以及内吞抑制剂和低温处理对摄取的影响;用LysoTracker Green观察溶酶体逃逸。

3

HMV的生成与表征

验证HDDT能够将肿瘤细胞转化为微米级囊泡(HMV)并分析其组成。

用HDDA处理4T1等细胞,通过共聚焦显微镜观察HMV形成,测定HMV尺寸、蛋白组成(SDS-PAGE)、药物残留(HPLC)、蛋白质组学。

4

细胞毒性及凋亡机制

评估HDDT对肿瘤细胞的杀伤效果并探索其死亡机制。

MTT法检测细胞活力,RTCA实时监测细胞生长,流式检测ROS水平和细胞凋亡/坏死比例。

5

转录组及蛋白质组学分析

研究HDDT处理对肿瘤细胞和肿瘤组织的基因表达和蛋白谱的影响,探索HMV形成机制。

对HDDA处理的4T1细胞和肿瘤组织进行转录组测序(DEG、GO、KEGG富集分析),对HMV进行蛋白质组学分析。

6

体外免疫效应评估

验证HDDT诱导的ICD及HMV的免疫刺激能力。

检测ICD标志物(CRT暴露、HMGB1释放、ATP分泌),利用Transwell共培养体系评估对BMDC成熟和巨噬细胞极化的影响。

7

体内抗肿瘤疗效评估

评估HDDT在荷瘤小鼠中的肿瘤抑制效果和局部免疫激活。

建立4T1和B16F10荷瘤模型,静脉注射不同制剂,记录肿瘤体积和生存期,通过免疫荧光、ELISA、流式细胞术分析肿瘤微环境中的免疫细胞和细胞因子。

8

系统性免疫应答与免疫记忆评估

考察HDDT治疗是否诱导系统性抗肿瘤免疫反应和长期的免疫记忆。

分析引流淋巴结和脾脏中的DC、巨噬细胞、T细胞比例;检测血清细胞因子;对治愈小鼠进行皮下或静脉肿瘤细胞再攻击,观察肿瘤生长和肺转移结节;检测记忆T细胞(TCM和TEM)。

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
盐酸阿霉素北京华丰联合科技有限公司--
透明质酸(110 kDa)上海麦克林生化科技有限公司--
聚酰胺-胺树枝状聚合物Dendritech--
RPMI 1640培养基Gibco--
DMEM培养基Gibco--
BALB/c小鼠扬州大学医学中心--
C57BL/6小鼠扬州大学医学中心--
抗小鼠PD-1单克隆抗体BioXcellBP1046
MTT上海源叶生物科技有限公司--
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒KeyGEN BioTECH--
DCFH-DA荧光探针KeyGEN BioTECH--
LysoTracker Green溶酶体探针KeyGEN BioTECH--
Hoechst 33342核染料碧云天生物技术--
抗小鼠CD44-FITC抗体Bioss Antibodiesbs-0521R-FITC
抗小鼠CD44抗体Cell Signaling Technology3570
抗小鼠caspase-3抗体Cell Signaling Technology9668
抗小鼠cleaved caspase-3抗体Affinity BiosciencesAsp175
抗小鼠GAPDH抗体Abcamab8245
抗小鼠CD11c-FITC抗体Invitrogen11-0114-82
抗小鼠CD86-PE-Cy7抗体Invitrogen25-0862-82
抗小鼠MHC II-PE抗体Invitrogen12-5321-82
抗小鼠F4/80-FITC抗体BioLegend124611
HMGB1 ELISA试剂盒Cusabio Biotech--
小鼠IL-1β ELISA试剂盒Invitrogen88-7013-22
小鼠IL-6 ELISA试剂盒Invitrogen88-7064-22
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Invitrogen88-7324-22
小鼠IL-10 ELISA试剂盒MultiSciences (Lianke) BiotechEK210/4-96
小鼠IFN-γ ELISA试剂盒MultiSciences (Lianke) BiotechEK280/3-48
白细胞介素-4Pepro Tech Inc.--
粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子Pepro Tech Inc.--
脂多糖Sigma-Aldrich--
DiD染料KeyGEN BioTECH--
DiR染料KeyGEN BioTECH--
BCA蛋白定量试剂盒碧云天生物技术--
膜蛋白和胞浆蛋白提取试剂盒碧云天生物技术--
增强型ATP检测试剂盒碧云天生物技术--
TUNEL凋亡原位检测试剂盒KeyGEN BioTECH--
IV型胶原酶BioFroxx--
脱氧核糖核酸酶ILeagene Biotechnology--
TRIzol试剂Invitrogen--
FITC标记的山羊抗兔IgG抗体Bioss Antibodiesbs-0296G-FITC
HRP标记的山羊抗兔IgG(H+L)抗体Elabscience BiotechnologyE-AB-1003
Cy3标记的山羊抗兔IgG抗体武汉赛维尔生物科技有限公司GB21303
抗小鼠CRT抗体Proteintech27298-1-ap
抗小鼠CD4抗体武汉赛维尔生物科技有限公司GB13064-2
抗小鼠CD8抗体武汉赛维尔生物科技有限公司GB13429
抗小鼠颗粒酶B抗体武汉赛维尔生物科技有限公司GB14092
抗小鼠Gr-1抗体武汉赛维尔生物科技有限公司GB11229
抗小鼠FoxP3抗体武汉赛维尔生物科技有限公司GB11093
抗小鼠CD206抗体武汉赛维尔生物科技有限公司GB13438
抗小鼠CD3-PE抗体Invitrogen12-0032-82
抗小鼠CD4-FITC抗体Invitrogen11-0041-82
抗小鼠CD8a-APC抗体Invitrogen17-0081-81
抗小鼠CD8-PE-Cy7抗体Invitrogen25-0081-81
抗小鼠CD80-PE抗体Invitrogen12-0801-82
抗小鼠CD11c-PE抗体BioLegend117308
X-VIVO 15培养基Lonza--
Transwell小室(24孔,8 μm孔径)Corning--
超滤管(MWCO = 100 kDa)Merck Millipore--
透析膜(MWCO = 250 kDa)Spectrum Labs--
透射电子显微镜(JEM2100)JEOL Ltd.--
粒度仪(Nano ZS)Malvern Instruments--
UV-2600分光光度计Shimadzu--
流式细胞仪(NovoCyte 2070R)ACEA Biosciences Inc.--
共聚焦显微镜(TCS SP8)Leica--
实时细胞分析仪(iCELLigence)ACEA Biosciences Inc.--
全自动血液分析仪(BC-2800Vet)Mindray--
全自动生化分析仪(SMT-100V)Seamaty--

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
纳米颗粒合成
DOX和阿帕替尼的投料摩尔比明确(50 μL 10 mM DOX、25 μL 5.8 mg/mL Apa、150 μL 1 mM Den),但其他参数如合成温度、搅拌速度未报告
阅读提示:Methods部分‘Preparation of DDA NPs’和‘Preparation of HDDA NBs’
细胞培养
细胞系来源(4T1、B16F10等)及培养条件(培养基、血清浓度、抗生素浓度)明确;但细胞代数未报告
阅读提示:Methods部分‘Cell culture and animal model’
HMV制备
HMV制备条件:HDDA浓度(DOX: 14.5 μg/mL)和处理时间(24小时)明确,但纯化过程中的离心转速和时间未详细说明
阅读提示:Methods部分‘Preparation of HMVs and the “Soni” sample’
体内抗肿瘤实验
4T1和B16F10模型给药剂量(DOX 5 mg/kg)、给药次数(3次)和给药途径(静脉注射)明确,但随机化方法未报告
阅读提示:Methods部分‘In vivo antitumor experiments’
免疫细胞分析
流式细胞术的抗体组合和稀释比例明确,但样品制备中的细胞计数和上样量未报告
阅读提示:Methods部分‘Flow cytometry analyses of tumor tissues, spleens, and TDLNs’