基于改善肿瘤免疫抑制的靶向分子探针用于肿瘤光热协同免疫治疗的实验研究

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fairboy2000
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第一部分Nano-IR-SB@Lip的制备、基本理化性质及生物安全性评估目的制备出一种载IR780和SB-505124(转化生长因子-β抑制剂)的光热-免疫调节脂质体(Nano-IR-SB@Lip)。考察其基本理化性质、紫外吸收光谱及体外光热升温效果,并初步验证其生物安全性。方法采用薄膜水化法制备Nano-IR-SB@Lip脂质体,并检测其基本表征,主要包括平均粒径、表面电位、形态结构等。紫外分光光度计测量不同浓度IR780、SB-505124吸光度值,并根据此绘制出两者药物浓度-吸光度标准曲线,计算两者在脂质体内的包封率。在激光辐照条件下,利用热红外成像仪考察Nano-IRSB@Lip脂质体升温效果。与此同时,经尾静脉注射Nano-IR-SB@Lip(200μL,4 mg/m L)脂质体进入Balb/c小鼠体内,于注射后第1天、7天、14天、21天、28天收集小鼠血液分析血常规、血生化指标,并剖取小鼠主要脏器(心、肝、脾、肺、肾)进行苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,H&E)病理检测以评估NanoIR-SB@Lip脂质体生物安全性。结果制备出的Nano-IR-SB@Lip脂质体在透射电镜(transmission electron microscope,TEM)下观察呈球形结构。在水溶液中分散性好,无明显颗粒团聚。通过动态光散射激光粒度仪测得Nano-IR-SB@Lip脂质体平均粒径为263.10±59.22 nm,表面Zeta电位是-17.20±5.99 m V。紫外分光光度计测得IR780与SB-505124的最大吸收峰分别为780 nm、320 nm,且吸光度值呈明显浓度依赖性。同时,根据标准曲线计算出IR780与SB-505124在Nnno-IR-SB@Lip脂质体内包封率分别为80.49±2.30%、53.09±9.93%。热红外成像仪监测出在激光辐照下,Nano-IR-SB@Lip脂质体温度随辐照时间不断增加。注射Nano-IR-SB@Lip脂质体后,在观察期内小鼠血常规、肝功、和肾功指标未发生明显改变;H&E病理染色结果提示各主要脏器细胞形态结构正常。结论成功制备出Nano-IR-SB@Lip脂质体,大小均一,形态规则,具备良好的光热升温作用。并且,Nano-IR-SB@Lip脂质体对小鼠没有明显的毒副作用,生物安全性高。第二部分Nano-IR-SB@Lip脂质体体外光热治疗及免疫刺激功能目的研究Nano-IR-SB@Lip脂质体细胞吞噬、深部渗透及线粒体靶向性能。考察Nano-IR-SB@Lip脂质体介导的光热治疗诱导4T1乳腺癌细胞凋亡/坏死能力。探索基于Nano-IR-SB@Lip脂质体的光热疗法促进细胞释放肿瘤相关抗原能力。方法分别使用激光共聚焦显微镜与流式细胞术对Nano-IR-SB@Lip脂质体细胞吞噬做定性和定量分析;建立3D肿瘤球模型,与Nano-IR-SB@Lip脂质体共孵育后观察脂质体渗透情况。Nano-IR-SB@Lip脂质体与4T1细胞共孵育后使用线粒体荧光探针染色,在共聚焦显微镜下观察Nano-IR-SB@Lip脂质体与线粒体共定位情况;CCK-8法和钙黄绿素-碘化吡啶双染色法比较分析Nano-IRSB@Lip脂质体联合激光辐照对细胞的杀伤作用。光热治疗处理4T1细胞后,检测肿瘤细胞内部钙网蛋白(calreticulin,CRT)、高迁移率组蛋白-1(high mobility group box protein1,HMGB1)与腺嘌呤核苷三磷酸(adenine nucleoside triphosphate,ATP)表达情况。结果4T1细胞与Nano-IR-SB@Lip脂质体共培养4小时后,在共聚焦显微镜下观察到大量Nano-IR-SB@Lip脂质体被细胞吞噬。流式细胞术检测分析显示Nano-IR-SB@Lip脂质体与4T1细胞共孵育后,荧光强度随孵育时间延长而增强。在3D肿瘤球模型内,Nano-IR-SB@Lip脂质体在肿瘤球表面及内部均有分布。同时,对线粒体进行染色后可观察到大量Nano-IR-SB@Lip脂质体分布于细胞线粒体;而没有IR780的Nano-SB@Lip脂质体则在线粒体区域没有明显聚集。经Nano-IR-SB@Lip脂质体光热处理后,细胞存活率不足10%;活死细胞染色后细胞呈现大片红色荧光,代表细胞死亡。此外,通过激光共聚焦观察到Nano-IRSB@Lip脂质体光热处理后,细胞大量表达CRT、HMGB1;ATP检测试剂盒测得相对于空白对照组,光热治疗后细胞ATP释放量显著增加,差异具有统计学意义(p<0.001);结论Nano-IR-SB@Lip脂质体与4T1细胞共孵育后表现出较强的细胞吞噬能力、深部渗透能力以及线粒体靶向能力。光热治疗处理4T1细胞后,展现出强大的杀伤作用,可刺激肿瘤细胞释放大量肿瘤相关抗原。第三部分Nano-IR-SB@Lip脂质体光声/荧光双模态显像研究目的评价Nano-IR-SB@Lip脂质体体外增强光声成像的能力,并研究其增强4T1乳腺癌移植瘤肿瘤区域光声/荧光成像的能力。方法通过波长范围为680 nm-970 nm的激发波对定量Nano-IR-SB@Lip脂质体进行连续光声成像,获得全波段扫描光谱,确定最佳激发波长。采集不同浓度Nano-IR-SB@Lip脂质体(0.4 mg/m L-2.0 mg/m L)光声成像图,对其光声信号强度进行定量分析。建立4T1乳腺癌移植瘤模型,在注射Nano-IR-SB@Lip脂质体(200μL,4 mg/m L)前及注射不同时间点后(1、2、4、6、24和48小时)采集肿瘤区域光声成像图,测量光声信号强度。采用同种方法,使用小动物活体荧光成像系统采集移植瘤小鼠活体荧光成像图,观察肿瘤区域内荧光信号强度与循环时间关系。并剖取肿瘤组织和主要脏器行离体荧光成像,比较分析Nano-IRSB@Lip脂质体在肿瘤组织与脏器内分布差异。结果Nano-IR-SB@Lip脂质体在805 nm处有最强光声信号,可用作光声成像最佳激发波长。体外光声成像结果显示,Nano-IR-SB@Lip脂质体浓度越高,光声信号越强,且呈线性关系:y=0.2841x+0.5789。注射Nano-IR-SB@Lip脂质体后,肿瘤区域内光声信号逐渐增强,在注射后24小时信号最高,较注射前信号值增加2.7倍。体内荧光成像结果显示出相同趋势,即Nano-IR-SB@Lip脂质体可显著增强肿瘤内荧光成像,在注射后24小时达到峰值,48小时信号出现消退。离体荧光成像显示,注射Nano-IR-SB@Lip脂质体后,肿瘤区域内荧光信号较各脏器增强,差异显著(p<0.05)。结论Nano-IR-SB@Lip脂质体可有效蓄积于肿瘤组织,增强光声/荧光成像,是一种良好的双模态造影剂。第四部分Nano-IR-SB@Lip脂质体体内光热协同免疫治疗目的探讨Nano-IR-SB@Lip脂质体光热-免疫调节体内免疫抑制微环境效能,包括CD8+T细胞、调节性T细胞(regulatory T cells,Treg)和评估NanoIR-SB@Lip脂质体光热-免疫联合免疫检查点抑制剂治疗抗肿瘤效果。方法建立4T1移植瘤肿瘤模型,静脉注射Nano-IR-SB@Lip脂质体后,联合激光照射,观察肿瘤部位温度变化。然后,瘤鼠随机接受以下5组处理:对照组、游离SB组、Nano-IR-SB@Lip组、Nano-IR@Lip+Laser组、Nano-IR-SB@Lip+Laser组。上述治疗后第7天通过流式细胞术检测肿瘤组织内CD8+T细胞和Treg细胞浸润比例,免疫荧光染色检测肿瘤组织内CD8+T细胞和Treg细胞浸润分布。在治疗后第1天及第7天收集小鼠血清,通过ELISA检测试剂盒分析各组血清中细胞因子(TNF-α、IFN-γ、GZMS-B)含量。为考察Nano-IR-SB@Lip脂质体光热-免疫治疗抗肿瘤效果,将4T1荷瘤鼠分为6组(在体内免疫分组基础上增加Anti-CD4/CD8+Nano-IR-SB@Lip+Laser组)。经尾静脉注射200μL上述不同药物(游离SB剂量浓度为0.1 mg/m L,Nano-IR@Lip与Nano-IR-SB@Lip浓度为4 mg/m L),次日进行激光辐照,每隔2天重复注射上述药物。监测肿瘤体积和小鼠体重改变,绘制生长曲线,观察抗肿瘤治疗效果。通过病理学(H&E、TUNEL、PCNA染色)分析评价各组处理效果。在上述光热-免疫治疗基础上,联合PD-1抗体,进一步改善免疫抑制微环境,观察联合治疗效果。PD-1抗体在激光辐照后24小时经腹腔注射,每隔2天重复治疗,剂量为50μg/只。在治疗期间,监测肿瘤生长变化,观察小鼠生存时间,检测小鼠肺肿瘤转移结节数量,综合评估联合治疗对肿瘤生长抑制作用。建立“双边瘤”模型,评估Nano-IR-SB@Lip+Laser+Anti-PD-1抗转移瘤治疗效果。同时使用肿瘤生长曲线与病理学分析(H&E与PCNA染色)考察其治疗效果。结果在激光照射下,注射Nano-IR-SB@Lip脂质体小鼠肿瘤区域升温迅速。Nano-IR-SB@Lip+Laser组小鼠肿瘤组织内CD8+T细胞占比明显高于其余对照组,Treg细胞浸润比例最低,且肿瘤部位有大量CD8+T细胞红色荧光信号,却未见明显的Treg细胞荧光信号。与治疗后第1天相比,Nano-IR-SB@Lip+Laser组在治疗后第7天能分泌大量TNF-α、IFN-γ、GZMS-B细胞因子,差异具有统计学意义(p<0.05)。Nano-IR-SB@Lip+Laser实验组肿瘤体积增长最缓慢,抑瘤效果最好(抑瘤率93.29±6.96%)。然而,当体内CD4+与CD8+T细胞被抑制后,其抑瘤效果减弱(73.68±15.24%)。在观察期间,小鼠体重大小无明显波动。肿瘤组织H&E(hematoxylin-eosin staining)病理切片显示,Nano-IR-SB@Lip+Laser处理后肿瘤细胞结构受到破坏,TUNEL(terminal-deoxynucleoitidyl transferase mediated d UTP nick end labeling)荧光染色可见组织内大量细胞凋亡信号,而PCNA(proliferating cell nuclear antigen)免疫荧光切片内红色荧光信号较弱,细胞增殖指数低。在激光辐照作用下,Nano-IR-SB@Lip脂质体表现出明显的抑制肿瘤生长作用,联合PD-1抗体治疗后,抗肿瘤治疗效果进一步增强,生存期长达60天。在小鼠死亡后,剖取肺组织发现Nano-IR@Lip+Laser+Anti-PD-1处理后平均肺转移结节为2.80±3.11,明显低于空白对照组(37.80±8.81),略低于Nano-IR@Lip+Laser+PD-1抗体组(6.2±0.84)。同时,在模拟“转移瘤”模型上观察到,与空白对照组相比,经Nano-IR-SB@Lip+Laser+Anti-PD-1处理后“转移瘤”抑瘤效果最佳。对“原发瘤”进行H&E病理染色,Nano-IR-SB@Lip+Laser+Anti-PD-1组细胞失去正常细胞结果,呈现明显坏死状态,而Anti-PD-1组与Nano-IRSB@Lip+Laser组肿瘤细胞部分受损,仍有大部分细胞保持完整。通过PCNA免疫荧光分析各组细胞增殖情况发现,在Nano-IR-SB@Lip+Laser+Anti-PD-1组几乎未见红色荧光,代表增殖率低;Anti-PD-1组与Nano-IR-SB@Lip+Laser组切片内可见大量红色荧光,说明肿瘤细胞增值率高。结论Nano-IR-SB@Lip脂质体在激光照射后可刺激机体免疫,调节免疫抑制微环境,实现肿瘤光热-免疫抗肿瘤治疗;联合PD-1抗体后,达到同时抑制“原发瘤”与“转移瘤”生长目的。
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