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光动力治疗(PDT)作为一种极具潜力的治疗手段具有侵入性小、全身毒性小等优点,其可以通过产生活性氧(ROS)杀死肿瘤细胞,并且还可以诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡(ICD),激活免疫反应用于免疫治疗。因此,以光敏剂(PSs)为基础的PDT自身可以被称为光动免疫疗法。然而,由于复杂的肿瘤微环境(TME),这种光动免疫治疗效果受到极大的限制。首先,O2是PDT产生ROS必不可少的原料,但是乏氧的TME大大削弱了PDT过程中ROS的产生效率。为了获得足够的养分以满足快速生长和增殖的需要,肿瘤细胞通过持续分泌过量的血管内皮生长因子(VEGF),导致异常的脉管系统的快速生成,使得肿瘤部位的血液供应效率低下,加剧肿瘤乏氧。因此,异常的脉管系统是PDT的首要障碍。另外,免疫效应细胞转运和浸润进入肿瘤部位是免疫循环中必不可少的步骤。功能异常的脉管系统,使免疫细胞难以充分渗透到肿瘤中。即使是已经到达肿瘤部位的免疫细胞,仍然需要克服TME中的其他免疫抑制性机制,如在大多数肿瘤中过表达的吲哚胺-2,3-双加氧酶(IDO)。因此,由异常肿瘤脉管系统和过表达的IDO引起的免疫抑制性TME是免疫治疗的重要障碍。
综上所述,由过表达的VEGF和IDO引起的乏氧和免疫抑制性的TME严重限制了以PSs为基础的光动力-免疫治疗效果,因此合理设计PSs纳米平台,以扫清上述障碍进而实现有效的光动力-免疫治疗,对抗肿瘤治疗具有重要意义。迄今为止,可以同时增强PDT以及免疫治疗以实现有效的光动力-免疫治疗的治疗方案鲜有报道。
基于以上研究背景,本课题设计了一种PSs纳米平台,其可以同时正常化血管和调节免疫反应改善乏氧和免疫抑制性的TME以实现增强的光动力-免疫治疗。该纳米平台(以下称为CAMNPs)由二氢卟酚e6(Ce6,PSs),阿西替尼(AXT,酪氨酸激酶抑制剂)和1-甲基-D-色氨酸(1MT,IDO抑制剂)在人血清白蛋白(HSA)的辅助下通过自组装而构建,其通过改善乏氧和免疫抑制性的TME增强光动力-免疫治疗,达到抑制肿瘤生长和转移的目的,主要研究内容和方法归纳如下:
利用生物相容性的HSA的疏水口袋通过疏水相互作用实现疏水药物的有效递送。通过纳米沉淀法,在HSA的辅助下实现Ce6、AXT以及1MT共组装为纳米粒(CAM NPs)。傅里叶红外光谱(FT-IR)和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)结果表明CAMNPs制备成功。透射电子显微镜(TEM)结果表明该纳米粒呈现均匀的球形结构,分散性良好。通过动态光散射仪(DLS)考察了CAMNPs的粒径分布和电势,结果显示该纳米粒粒径约为170nm,且表面电势约为-10.5mV。体外光动实验表明制剂可以稳定产生ROS。CAMNPs的溶血率极低,说明生物相容性较好,适宜静脉注射给药。
选用B16F10黑色素瘤细胞作为肿瘤细胞模型研究CAMNPs在体外细胞水平的抗肿瘤效果以及免疫效应。细胞摄取实验表明CAMNPs比游离药物具有更高的细胞摄取效率,并在给药6h后具有最佳摄取效率,因此以给药后6h作为光照时间点。MTT实验结果表明,CAMNPs具有更强的细胞毒性。钙网蛋白(CRT)的膜转位、高迁移率组蛋白B1(HMGB1)的释放和三磷酸腺苷(ATP)的分泌均表明CAMNPs可以诱发肿瘤ICD。IDO抑制实验表明,CAMNPs可以有效抑制Trp的代谢。在促凋亡实验中,用外周血单个核细胞(PBMCs)体外模拟免疫微环境,PBMCs和B16F10细胞体外共培养实验结果表明CAMNPs可以导致显著的肿瘤细胞凋亡。
以荷黑色素瘤(B16F10细胞)的雌性C57BL/6小鼠作为动物模型评价CAMNPs的体内抗肿瘤效果。体内分布实验表明CAMNPs可以在肿瘤部位有效蓄积。双边肿瘤模型药效实验表明CAMNPs可显著抑制原位肿瘤和远位肿瘤的生长。治疗后小鼠原位肿瘤新生血管明显减少,血管结构正常,并且小鼠的淋巴结(LNs)中成熟的DCs水平升高,肿瘤浸润及脾脏内的Ths和CTLs水平明显升高,Tregs显著减少,多种促免疫细胞因子含量上升,表明CAMNPs可以有效正常化血管并激活抗肿瘤免疫应答。此外,本课题设计了肺转移模型进一步验证CAMNPs的体内抗转移效果,结果表明CAMNPs可以有效抑制肿瘤转移。
综上所述,本课题构建了基于PSs的光动力-免疫治疗纳米平台,并对其抗肿瘤效果进行了系统研究。结果表明,CAMNPs可以通过改善乏氧和免疫抑制性的TME增强光动力-免疫治疗,达到抑制肿瘤生长和转移的目的。
综上所述,由过表达的VEGF和IDO引起的乏氧和免疫抑制性的TME严重限制了以PSs为基础的光动力-免疫治疗效果,因此合理设计PSs纳米平台,以扫清上述障碍进而实现有效的光动力-免疫治疗,对抗肿瘤治疗具有重要意义。迄今为止,可以同时增强PDT以及免疫治疗以实现有效的光动力-免疫治疗的治疗方案鲜有报道。
基于以上研究背景,本课题设计了一种PSs纳米平台,其可以同时正常化血管和调节免疫反应改善乏氧和免疫抑制性的TME以实现增强的光动力-免疫治疗。该纳米平台(以下称为CAMNPs)由二氢卟酚e6(Ce6,PSs),阿西替尼(AXT,酪氨酸激酶抑制剂)和1-甲基-D-色氨酸(1MT,IDO抑制剂)在人血清白蛋白(HSA)的辅助下通过自组装而构建,其通过改善乏氧和免疫抑制性的TME增强光动力-免疫治疗,达到抑制肿瘤生长和转移的目的,主要研究内容和方法归纳如下:
利用生物相容性的HSA的疏水口袋通过疏水相互作用实现疏水药物的有效递送。通过纳米沉淀法,在HSA的辅助下实现Ce6、AXT以及1MT共组装为纳米粒(CAM NPs)。傅里叶红外光谱(FT-IR)和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)结果表明CAMNPs制备成功。透射电子显微镜(TEM)结果表明该纳米粒呈现均匀的球形结构,分散性良好。通过动态光散射仪(DLS)考察了CAMNPs的粒径分布和电势,结果显示该纳米粒粒径约为170nm,且表面电势约为-10.5mV。体外光动实验表明制剂可以稳定产生ROS。CAMNPs的溶血率极低,说明生物相容性较好,适宜静脉注射给药。
选用B16F10黑色素瘤细胞作为肿瘤细胞模型研究CAMNPs在体外细胞水平的抗肿瘤效果以及免疫效应。细胞摄取实验表明CAMNPs比游离药物具有更高的细胞摄取效率,并在给药6h后具有最佳摄取效率,因此以给药后6h作为光照时间点。MTT实验结果表明,CAMNPs具有更强的细胞毒性。钙网蛋白(CRT)的膜转位、高迁移率组蛋白B1(HMGB1)的释放和三磷酸腺苷(ATP)的分泌均表明CAMNPs可以诱发肿瘤ICD。IDO抑制实验表明,CAMNPs可以有效抑制Trp的代谢。在促凋亡实验中,用外周血单个核细胞(PBMCs)体外模拟免疫微环境,PBMCs和B16F10细胞体外共培养实验结果表明CAMNPs可以导致显著的肿瘤细胞凋亡。
以荷黑色素瘤(B16F10细胞)的雌性C57BL/6小鼠作为动物模型评价CAMNPs的体内抗肿瘤效果。体内分布实验表明CAMNPs可以在肿瘤部位有效蓄积。双边肿瘤模型药效实验表明CAMNPs可显著抑制原位肿瘤和远位肿瘤的生长。治疗后小鼠原位肿瘤新生血管明显减少,血管结构正常,并且小鼠的淋巴结(LNs)中成熟的DCs水平升高,肿瘤浸润及脾脏内的Ths和CTLs水平明显升高,Tregs显著减少,多种促免疫细胞因子含量上升,表明CAMNPs可以有效正常化血管并激活抗肿瘤免疫应答。此外,本课题设计了肺转移模型进一步验证CAMNPs的体内抗转移效果,结果表明CAMNPs可以有效抑制肿瘤转移。
综上所述,本课题构建了基于PSs的光动力-免疫治疗纳米平台,并对其抗肿瘤效果进行了系统研究。结果表明,CAMNPs可以通过改善乏氧和免疫抑制性的TME增强光动力-免疫治疗,达到抑制肿瘤生长和转移的目的。