国家纳米中心梁兴杰/清华大学李景虹院士Nature Nanotech.: 纳米界变形金刚，用于癌症免疫治疗！

旨在刺激肿瘤特异性免疫力的癌症疫苗有望用于肿瘤治疗。合适的肿瘤抗原的胞质递送、先天免疫系统的刺激以及抗原呈递细胞交叉呈递肿瘤抗原对于诱导强大的肿瘤特异性免疫至关重要。纳米载体系统是一种很有前途的非病毒制剂，它可以促进许多不同货物进行胞质递送。目前，已经开发出包括使用“质子海绵”聚合物，细胞穿透肽，电荷可逆分子和成孔分子的策略，以促进疫苗的胞质传递。还实现了肿瘤抗原和佐剂在单个纳米颗粒中的共递送，以增强肿瘤抗原的不良免疫原性。

除此之外，内体捕获和肿瘤抗原的低免疫原性通常限制了疫苗接种策略的效率。因此，高效抗肿瘤疫苗的开发，特别是可以有效诱导人类T细胞启动的个性化疫苗，在目前仍然是一项难以攻克的挑战。

成果简介：
鉴于此，国家纳米科学中心梁兴杰和清华大学李景虹院士等人报告了一种基于质子驱动纳米变形的疫苗（NTV），用于癌症免疫治疗。成果以“Proton-driven transformable nanovaccine for cancer immunotherapy”为题发表于Nature Nanotechnology上。

整体过程（划重点）
如下图所示，该疫苗包括基于聚合物-肽结合物的纳米变形器和负载的抗原肽（AP）。在酸性内体环境中，基于纳米变形器的疫苗经历了从纳米球（直径约100 nm）到纳米片（长度或宽度几微米）的剧烈形态变化，从而机械破坏了内体膜并将抗原性肽直接递送至细胞质，并经过激活NLRP3炎性体途径激活免疫系统，进而诱导强大而安全的抗肿瘤免疫力。

图|质子驱动的NTV用于癌症免疫治疗的示意图

纳米疫苗的具体设计
首先，聚合物p(DMAEMA22-OGEMA4)-b-p(MAVE)30使用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)合成。然后选取两种D肽类：萘结合D肽（NDP），芘结合D肽（PDP），将其羟基化后再通过乙缩醛键与聚合物上的羟基进行结合。两者在pH 7.4下自组装成球形纳米结构，但是，在酸性环境（pH 5.6）导致缩醛键的快速裂解和肽的释放。释放的NDP重新组装成纳米纤维（NT1），而PDP肽则组装成纳米片（NT2），这可能是因为PDP比NDP具有更大的芳香结构，这可能会导致分子之间更强的π-π堆积相互作用。

然后使用鸡卵清蛋白衍生肽（OVA241-270）作为模型抗原肽，使用双重乳液法进行药物负载，而且超过80％的肽在24小时内进行释放。

图|NTV的设计和表征

无需佐剂也可促进DC成熟
在细胞实验中，NTV1和NTV2均可诱导胞质肽荧光信号的显著增强。对于SIINFEKL表位肽的表面提呈实验，发现NTV2处理的细胞在24 h时的SIINFEKL-H-2Kb复合物的水平要比其他组的细胞高得多，并且这种差异甚至在48h仍然很高。

研究人员还发现NTV2通过增强细胞因子（IL-1β，TNF-α，IL-10和IL-12p70）和DC成熟标记物（如CD40，CD80和CD86）的表达水平有效地刺激BMDC的成熟。这些结果表明NTV2有效地将AP传递到细胞质中，并促进DC的增殖，从而促进肽在体外的长时间表面呈现和向CD8+ T细胞交叉呈递。

值得注意的是，即使没有佐剂，NTV2也会促进DC的成熟。NTV2诱导的BMDC成熟可能是通过激活NLRP3炎性体途径而发生的，并NTV2增强DC中的抗原加工。

图|NTV2诱导对CD8+ T细胞的强大而持续的交叉呈递

在多种肿瘤模型中抗肿瘤效果明显
在小鼠体内实验中，结果表明，NTV2促进AP传递到引流淋巴结，这可能是有效的NLRP3-炎性体途径激活的结果，且递送的AP主要位于DC和巨噬细胞等抗原呈递细胞中。此外，NTV2纳米疫苗在体内显示出约87.3％的抗原特异性杀伤作用，这证明了NTV2纳米疫苗在体内引起强烈的肿瘤特异性免疫应答。

在体内肿瘤B16F10-OVA模型中的抗肿瘤效率评估中，NTV2导致总的T细胞浸润改善，中央记忆和效应记忆T细胞种群增加，同时Treg种群和PD-1的表达减少，从而在体内提供有效的肿瘤生长抑制作用和长期抗肿瘤免疫，还表明体内DCs激活的机制是NLRP3-炎症小体途径激活。

在另外两种肿瘤模型（人乳头瘤病毒（HPV）-E6/E7肿瘤模型和B16F10新抗原模型）同样具有良好的疗效，以及在与抗PD-L1联合治疗中，小鼠可以存活83天以上，这些结果均表明了基于NT的平台是将来进行个性化癌症免疫治疗的潜在工具。

图| NTV2抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长并延长其生存期

不止于肿瘤！
综上所述，开发的质子驱动的可变形纳米疫苗，不仅促进AP的胞质递送和交叉呈递，而且还激活NLRP3炎性体途径，从而增强抗肿瘤免疫力。同样，基于NT的载体可以容易地适于封装肿瘤新抗原，或与其他检查点阻断剂或治疗剂联合给药。研究人员预测，当负载致病性抗原时，NTV2的将有助于其用于预防和治疗许多传染病。

拓展学习：
近年来，许多研究通过纳米变形来继续优化纳米药物在体内的应用，奇物论先前也曾报道过许多关于纳米变形的论文，详情可点击下方各标题：

1. 顶刊趋势丨纳米药物的七十二变
2.模仿天然，优于天然 | 王磊等人利用纳米变形，困住细菌！效果超过黄金标准治疗法
3. 国家纳米中心Nature Nanotech.：纳米粒子变形记，滞留于肿瘤久一点
4. AM：利用形状变形水凝胶引导细胞网络组装
5. 中药大姚静等Nano Lett.：瞬时变形！纳米组装体改善肿瘤药物递送

参考文献：
Gong, N., et al. Proton-driven transformable nanovaccine for cancer immunotherapy. Nat. Nanotechnol. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41565-020-00782-3

文章来源于：奇物论
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