化敌为友:具有双重免疫调节的先进“原位纳米疫苗”用于增强转移性三阴性乳腺癌的免疫治疗

Turning foes to friends: Advanced "in situ nanovaccine" with dual immunoregulation for enhanced immunotherapy of metastatic triple-negative breast cancer.

作者信息Ze Wang, Tong Sha, Jinwei Li, Huanyu Luo, Annan Liu, Hao Liang, Jinbiao Qiang, Lei Li, Andrew K Whittaker, Bai Yang, Hongchen Sun, Ce Shi, Quan Lin
PMID38883315
发布时间2024-05-31
DOI10.1016/j.bioactmat.2024.04.023

实验完整度

包含纳米材料合成与表征、体外光热/化学动力性能、细胞毒性、ICD诱导、DC成熟、双侧肿瘤模型体内成像与治疗、免疫微环境分析等多个独立证据层级,且包含功能验证和机制验证。

主要模型

4T1小鼠三阴性乳腺癌细胞系 HC11小鼠乳腺上皮细胞系 BMDC(骨髓来源树突状细胞) 双侧4T1肿瘤Balb/c小鼠模型

重点核对

Au/CuNDs-R848浓度:200 μg/mL(体外实验) 激光功率密度:2 W/cm²,照射时间5分钟(体外和体内) 给药剂量:10 mg/kg(小鼠) 细胞系:4T1(小鼠三阴性乳腺癌细胞系) 治疗模式:每日治疗4次

摘要

作为一种“冷肿瘤”,三阴性乳腺癌(TNBC)对当前的免疫治疗反应有限。如何增强TNBC的免疫原性并逆转其免疫抑制微环境仍然是一个艰巨的挑战。在此,设计了一种“原位纳米疫苗”Au/CuNDs-R848,用于影像引导的光热治疗(PTT)/化学动力治疗(CDT)协同治疗,以触发对TNBC的双重免疫调节作用。一方面,Au/CuNDs-R848作为一种有前途的光热剂和纳米酶,实现了对TNBC原发肿瘤的PTT和光热增强CDT。同时,释放的抗原和损伤相关分子模式(DAMPs)促进了树突状细胞(DCs)的成熟,并促进了T淋巴细胞的浸润。因此,Au/CuNDs-R848通过诱导免疫原性细胞死亡(ICD)发挥了“原位纳米疫苗”的作用,增强了TNBC的免疫原性。另一方面,纳米疫苗抑制了髓源性抑制细胞(MDSCs),从而逆转了免疫抑制微环境。通过双重免疫调节,“冷肿瘤”转变为“热肿瘤”,不仅实现了“化敌为友”的治疗策略,而且增强了对转移性TNBC的免疫治疗。此外,Au/CuNDs-R848作为一种优良的纳米探针,能够实现高分辨率的近红外荧光和计算机断层扫描成像,用于TNBC的精确可视化。这一特性为临床癌症检测和手术引导提供了潜在的应用。总之,这项工作为提高免疫反应提供了一种有效的策略,并为肿瘤免疫治疗的潜在临床应用提供了新的见解。

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
如何通过纳米疫苗增强TNBC的免疫原性并逆转其免疫抑制微环境,从而增强对转移性TNBC的免疫治疗?
核心机制
Au/CuNDs-R848通过光热治疗和光热增强的化学动力治疗诱导肿瘤细胞免疫原性细胞死亡(ICD),释放肿瘤相关抗原和损伤相关分子模式(DAMPs),促进树突状细胞成熟和T淋巴细胞浸润,同时抑制髓源性抑制细胞(MDSCs),从而将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”。
主要证据
体外实验显示Au/CuNDs-R848+NIR诱导CRT暴露、ATP分泌和HMGB1释放,促进BMDC成熟(成熟率80.6%);体内实验显示Au/CuNDs-R848+NIR显著抑制原发和远端肿瘤生长,增加细胞毒性T细胞浸润,减少MDSCs。
研究意义
该研究提供了一种增强免疫反应的有效策略,并有望应用于临床肿瘤检测和手术引导。

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

纳米疫苗的合成与表征

验证Au/CuNDs-R848的成功合成及其理化性质。

通过一锅法合成Au/CuNDs,然后负载R848,利用1H NMR、FTIR、Zeta电位、TEM、XPS等手段表征其结构和性质。

2

体外光热和化学动力性能评估

评估Au/CuNDs-R848的光热转换能力和Fenton反应催化活性。

测量不同激光功率下的温度变化,利用MB探针检测·OH产生,ESR验证自由基,DTNB检测GSH消耗。

3

体外细胞毒性及PTT/CDT协同杀伤效果

评估Au/CuNDs-R848对肿瘤细胞的杀伤效果和选择性。

使用CCK-8检测4T1和HC11细胞的活力,通过活/死染色和流式细胞术定量凋亡。

4

体外ICD诱导及DC成熟实验

验证Au/CuNDs-R848介导的PTT/CDT能否诱导ICD并促进DC成熟。

检测CRT暴露、ATP分泌、HMGB1释放,并将处理的4T1细胞与BMDCs共培养,通过流式细胞术分析DC成熟。

5

体内双模态成像及成像引导手术

评估Au/CuNDs-R848的NIR-II荧光和CT成像能力,并用于手术导航。

对荷瘤小鼠进行瘤内注射Au/CuNDs-R848,进行荧光和CT成像,并在荧光引导下进行肿瘤切除。

6

体内ICD诱导验证

验证Au/CuNDs-R848介导的PTT/CDT在体内诱导DAMPs释放。

采用双侧4T1肿瘤模型,治疗7、8天后取材,检测ATP、HMGB1、CRT,TUNEL染色。

7

治疗模式优化

确定最佳给药频率(每日 vs 隔日)。

对小鼠进行每日或隔日治疗4次,比较肿瘤生长和免疫指标。

8

体内抗肿瘤效果评估

评估Au/CuNDs-R848对原发和远端肿瘤的治疗效果及免疫机制。

采用每日治疗方案,监测肿瘤生长,ELISA检测细胞因子,流式分析免疫细胞。

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
四氯金酸Sigma-Aldrich16903-35-8
支化聚乙烯亚胺Sigma-Aldrich9002-98-6
R848MedChemExpress144875-48-9
EDCAladdin25952-53-8
NHSAladdin6066-82-6
RPMI-1640培养基Gibco--
胎牛血清Clark Bioscience--
青霉素/链霉素Hyclone--
CCK-8试剂盒Invigentech--
2',7'-二氯荧光素二乙酸酯Beyotime Biotechnology4091-99-0
Annexin V-FITC (7AAD)凋亡分析试剂盒Tianjin Simu Biotech Co., Ltd--
Calcein/PI细胞活力/细胞毒性检测试剂盒Beyotime Biotechnology--
抗钙网蛋白抗体Biossbs-5913R
FITC标记的亲和纯化山羊抗兔IgGProteintechSA00003-2
DAPIInvitrogenD3571
小鼠HMGB-1 ELISA试剂盒Mlbio--
抗HMGB1抗体Abcamab18256
CoraLite594标记的山羊抗兔IgGProteintechSA00013-4
增强型ATP检测试剂盒BeyotimeS0027
重组小鼠GM-CSFPeproTech315-03
重组小鼠IL-4PeproTech214-14
脂多糖SigmaL2880
小鼠Fc受体Miltenyi Biotec--
FITC标记的抗小鼠CD11c抗体ProteintechFITC-65130
APC标记的抗小鼠CD86抗体Biolegend105011
PE标记的抗小鼠CD80抗体ProteintechPE-65076
APC标记的抗小鼠CD45.2抗体Biolegend109813
FITC标记的抗小鼠CD3ε抗体Biolegend100305
PE/Cyanine7标记的抗小鼠CD4抗体Biolegend100421
PE/Cyanine5标记的抗小鼠CD8a抗体Biolegend100709
FITC标记的抗小鼠/人CD11b抗体Biolegend101205
PE标记的抗小鼠Gr1抗体Biolegend108407
TUNEL凋亡检测试剂盒BeyotimeC1089
TNF-α ELISA试剂盒Proteintech--
IL-6 ELISA试剂盒Proteintech--
IFN-γ ELISA试剂盒Proteintech--
吲哚菁绿--3599-32-4
核磁共振波谱仪Zhongke-NiujinQuantum-I
傅里叶变换红外光谱仪NicoletAvatar 360
透射电子显微镜JEOLTECNAI F20
紫外-可见分光光度计PerkinElmerLambda 800
粒度分析仪MalvernNano ZS
X射线光电子能谱仪VGESCALAB MKII
荧光分光光度计Edinburgh InstrumentsFLS920
红外热像仪FLIRT420
电子自旋共振波谱仪BRUKERE500
多功能酶标仪BioTekSynergy HT
流式细胞仪MACSQuantAnalyzer
近红外二区相机Princeton InstrumentsNIRvana-640
CT扫描仪United-ImaginguCT 760

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
纳米材料合成
HAuCl4浓度和体积、CuCl2浓度和体积、SH-PEI用量、N2H4·H2O用量、反应温度和时间、R848负载比例
阅读提示:见4.3节 Synthesis of Au/CuNDs-R848
细胞培养
4T1和HC11细胞系来源、培养基(RPMI-1640 + 10% FBS + 1% 双抗)、培养条件(37°C, 5% CO2)
阅读提示:见4.7节 Cell lines
体外细胞实验
Au/CuNDs-R848浓度(200 μg/mL)、激光参数(808 nm, 2 W/cm², 5分钟)、孵育时间
阅读提示:见4.8节 In vitro cytotoxicity assessment 和4.9节 ROS测量
ICD检测
处理时间(CRT 12 h, ATP 2 h, HMGB1 24 h)、抗体稀释比例、检测试剂盒
阅读提示:见4.12节 Detection of CRT, HMBG1, and ATP
DC成熟实验
BMDC诱导条件(GM-CSF和IL-4浓度20 ng/mL, 6天)、共培养时间24小时、阳性对照LPS浓度100 ng/mL
阅读提示:见4.13节 In vitro activation and maturation of BMDCs
体内模型
小鼠品系(Balb/c)、细胞接种数量(原发瘤1.5×10^6, 远端瘤1.2×10^6)、给药剂量(10 mg/kg)、激光参数(2 W/cm², 5分钟)、治疗频率(每日,共4次)
阅读提示:见4.14节 Primary and distant tumor models 和4.19节 Anti-tumor study
体内成像
注射剂量(10 mg/kg)、成像时间点(0-60分钟)、ICG浓度(200 μM)
阅读提示:见4.16节 In vivo FL and CT imaging