通过胆碱磷酸盐介导的细胞膜相互作用增强抗原捕获以改进原位肿瘤疫苗
以胆碱磷酸基团为基础的抗原捕获策略助力原位肿瘤疫苗研究:全新肿瘤免疫治疗策略
在癌症免疫治疗领域,肿瘤原位疫苗因其利用患者自身免疫系统对肿瘤进行靶向攻击的能力而备受关注,但这些疫苗在临床应用上仍面临诸多挑战。为解决因抗原捕获效率低和抗原呈递细胞(APC,antigen-presenting cell)活性不足所导致的免疫应答不强的问题,这项发表于《Advanced Healthcare Materials》的研究提出了一种创新方法。文章由来自Jinan University、Hunan University of Chinese Medicine和Guangzhou Medical University的研究团队联手完成,发表时间为2025年,聚焦如何通过胆碱磷酸(cholinephosphate)介导的细胞膜相互作用提升抗原捕获效率,从而增强肿瘤疫苗的免疫效果。
背景与研究动机
近年来,肿瘤免疫治疗已经成为癌症治疗的一大研究热点。但原位肿瘤疫苗作为一种创新治疗方式,在其实际应用中仍然存在显著的局限性。这种疗法的工作原理是通过在特定肿瘤部位诱导肿瘤细胞死亡以释放肿瘤抗原,并进一步由APC捕获和呈递这些抗原,从而激活针对肿瘤特定的免疫反应。然而,这一过程中抗原捕获和呈递效率常常成为限制疫苗疗效的瓶颈。
当前已有研究尝试通过功能性纳米载体(functional nanocarriers)装载肿瘤抗原,并使用3D水凝胶网络捕获抗原,显著提升了抗原捕获及传递效率。然而,对液泡状的肿瘤细胞膜抗原(water-insoluble tumor cell membrane antigens)的捕获仍是一个未完全解决的难题。同样,如何以一种病原体仿生方式捕获和集中水溶性与非水溶性肿瘤抗原,以便更高效地呈递给APC,也亟需创新性解决方案。因此,本文提出采用一种胆碱磷酸基介导的抗原捕获策略,并基于此开发了一种全新的原位肿瘤疫苗平台。
研究设计及工作流程
方法概述
研究的核心在于构建一种改良型原位肿瘤疫苗,该疫苗基于含锰(Mn2+)的黑磷纳米颗粒(manganese-mineralized black phosphorus,MNBP)以及用于抗原捕获的聚谷氨酸-胆碱磷酸(poly(glutamic acid-cholinephosphate),PgluCP)。研究包含以下几个关键步骤:
MNBP的制备与改性:
- 研究首先通过溶剂剥离法制备出黑磷纳米片(BP nanosheets)。实验采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)进行超声剥离,并通过后续添加氨水以及氯化锰(MnCl2)以完成锰磷酸盐的电沉积,得到最终的MNBP纳米颗粒。
- 实验优化了剥离时间、溶剂条件,并结合透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对纳米颗粒形貌和成分进行了全面表征。最终选择的MNBP尺寸约为340 nm,具备优异的光热性能。
MNBP@PgluCP复合材料的构建:
- 采用电荷相互作用方式,用阳离子型PgluCP对带负电的MNBP进行包裹,实验通过质子核磁共振(1H NMR)等手段验证了PgluCP的结构特性。随后使用不同质量比(例如1:6)进行验证,以确保包覆效率。
光热性能和免疫原性表征:
- 在光热性能分析中,研究发现MNBP在1.5 W cm−2激光照射下能稳定将温度升至43 °C,并在多轮加热/冷却循环中表现出卓越的光热稳定性。同时,在一系列体外实验中,检测了光热治疗介导的肿瘤抗原(taas)释放和免疫原性细胞死亡(immunogenic cell death, ICD),测量了危险相关分子模式(danger-associated molecular patterns, DAMPs)的释放水平,如HMGB1(高迁移率族蛋白1)、ATP和CRT(钙网蛋白)。
抗原捕获与呈递:
- 在抗原捕获实验中,研究通过SDS-PAGE和蛋白定量等手段证明,由于PgluCP的包覆,MNBP@PgluCP比单纯的MNBP颗粒能更高效捕获水溶性和水不溶性抗原。实验还在骨髓来源的树突状细胞(BMDC)上验证了抗原复合物对抗原呈递及树突细胞成熟的促进作用。
体内免疫效应评估:
- 在单侧和双侧小鼠模型中,研究探讨了复合纳米颗粒的光热治疗及免疫激活效应。通过荧光成像确认纳米颗粒在肿瘤部位的驻留能力;通过流式细胞术和ELISA检测了成熟DC比例、CD8+ T细胞浸润及相关细胞因子的分泌水平。
研究结果及发现
实验数据及结果分析
- 光热效应: MNBP@PgluCP在1.5 W cm−2光照下表现出持久且稳定的温度升高能力,并激活了ICD相关的DAMPs释放机制。
- 抗原捕获: 使用蛋白凝胶电泳及BCA法定量发现,MNBP@PgluCP的抗原捕获效率显著提升,捕获的蛋白质量是未修饰MNBP的1.8倍。
- 抗原呈递能力: 在BMDC实验中,MNBP@PgluCP组显著提高了APC上的CD80、CD86等成熟标志物的表达,同时增强了T细胞的活化能力。
- 体内免疫激活:
- 激光照射显著促进了肿瘤局部CD8+ T细胞的浸润,两侧肿瘤均观察到癌细胞的显著坏死。
- 同时,MNBP@PgluCP在配合抗PD-1抗体后,表明了极强的协同抗肿瘤效应,抑制远处肿瘤的效果尤其显著。
研究意义与创新亮点
- 创新的抗原捕获策略: 基于胆碱磷酸基团的抗原捕获机制,显著提升了肿瘤抗原的捕获多样性及效率。
- 光热-免疫联动新方案: 将轻微光热治疗与免疫激活整合,不仅增强了局部肿瘤治疗效果,还引发了强大的系统性抗肿瘤免疫反应。
- 免疫检查点阻断协同: 抗PD-1的加入成功克服了免疫抑制微环境,为实现原位疫苗疗法的新突破提供了理论支撑。
- 广泛的应用前景: 使复杂而异质的肿瘤抗原直接在体内完成捕获、精准展现,从而具有极高的临床应用和翻译潜力。
总结
这项研究通过胆碱磷酸基团介导的抗原捕获方法,为原位肿瘤疫苗设计提供了全新的视角。研究所开发的基于MNBP@PgluCP-αPD-1体系的光热免疫复合疗法不仅解决了多个技术瓶颈,还为肿瘤免疫治疗开辟了新道路,具有卓越的科学价值以及重要的临床意义。