作者|高分子科學前沿 來源|高分子科學前沿(ID：Polymer-science)
背景介紹
免疫療法可增強人體抵抗癌症能力，但全身性施用免疫治療劑會分佈在在正常組織中，導致治療效果不佳和嚴重的副作用。為了減輕這些問題，人們已使用凝膠進行局部免疫治療，阻滯劑能夠原位釋放，從而局部激活抗腫瘤免疫力。然而這種方法還是難以治療看不見或難以接近的組織中的腫瘤。因此，開發可活化癌症免疫療法的替代方法非常必要。
近期，新加坡南洋理工大學浦侃裔團隊開發了用於近紅外二區（NIR-II）光熱免疫療法（PTT免疫療法）的有機半導體聚合物納米佐劑（SPNIIR）。該SPNIIR由NIR-II半導體聚合物納米顆粒（SPN）核和塗有熱響應脂質殼（TLR）激動劑組成（圖 1a）。由半導體聚合物（SP）合成的SPN具有良好的生物相容性和優異的光學性能。1,2-二硬脂酰-sn-甘油3-磷酸膽鹼（DPPC）（相變温度為41°C的熱磷脂）和兩親聚合物1,2-二硬脂酰-sn-甘油3-磷酸乙醇胺-聚乙二醇（DSPE-PEG）用於構建熱響應脂質塗層。瑞喹莫德（R848）是TLR-7和TLR-8的激動劑，用作免疫治療佐劑以促進樹突狀細胞（DC）的成熟，並隨後擴展抗原特異性細胞毒性的T淋巴細胞（CTL）。注射SPNIIR並進行光（1064 nm）輻照後，腫瘤局部温度升高，腫瘤消融並誘導腫瘤細胞免疫原性細胞死亡（ICD），釋放與危險相關的分子模式和與腫瘤相關的抗原（TAA）（圖 1b）。同時，熱量融化熱響應脂質殼， R848在腫瘤按需釋放。SPNIIR介導的NIR-II PTT免疫療法不僅可以增強對原發性和遠處腫瘤生長的抑制作用，還可極大地抑制皮下4T1乳腺癌小鼠肺轉移的進程。相關課題Second Near‐Infrared Photothermal Semiconducting Polymer Nanoadjuvant for Enhanced Cancer Immunotherapy發表在《Advanced Materials》。
圖1半導體聚合物納米佐劑（SPNIIR）示意圖。a）DSPE‐PEG，DPPC，SPII和R848的化學結構，以及SPNIIR的合成。b）SPNIIR用於NIR-II協同光熱免疫療法的機理示意圖。
SPNII和SPNIIR的合成及表徵
作者分別選擇了具有強大的吸電子能力和給電子能力的單體1和2來縮小帶隙並進而微調吸收光譜來合成SPII。疏水性SPII和R848通過疏水性和π-π堆積相互作用封裝到納米顆粒中。SPII的封裝效率為46.4％，R848的封裝效率為45.0％，負載容量分別為0.54％和0.52％。SPNII和SPNIIR均為球形形態（圖 2b）。動態光散射（DLS）測量表明SPNIIR的流體動力學直徑（40 nm）比SPNII（30 nm）更大（圖 2c），它們的ζ電勢均為負值（圖 2d）。SPNII和SPNIIR在950-1300 nm範圍內具有很強的吸收（圖 2e），説明R848負載對納米粒子的光學性質的影響可忽略不計。這些納米粒子沒有明顯的細胞毒性（圖 2f）和溶血（圖 2g）。在激光（1064 nm）照射下，SPNII和SPNIIR溶液的温度逐漸升高，並在6 min時達到最高温度（65°C）（圖 2h），且光熱穩定性良好（圖 2i），照射10 min時觀察到R848從SPNIIR中釋放（圖 2j）。
圖2 SPNII和SPNIIR的表徵。a）合成SP II. b）SPNII和SPNIIR的透射電子顯微鏡圖像。c）SPNII和SPNIIR 的DLS。d）ζ電位. e）UV–Vis–NIR吸收光譜。f）未經處理（對照）和在不同SP II濃度下用SPNII或SPNIIR處理24小時後，4T1癌細胞的細胞活力。g）不同處理後紅細胞的溶血分析。SPNII和SPNIIR的温度曲線h）和光熱穩定性i）。j）R848的釋放。
SPNIIR的NIR-II 抗腫瘤性及其機制
作者緊接着對SPNIIR介導NIR-II PTT免疫療法進行評價，向具有原發性和遠處腫瘤的小鼠靜脈內注射納米顆粒並進行激光照射，然後監測腫瘤的生長並評估肺轉移（圖 3a）。注射SPNII @NCBS（NCBS 為NIR染料2,3-萘酞菁硅雙（三己基甲硅烷基氧化物））後，腫瘤區域的熒光強度逐漸增加，並在24 h達到最大值（圖3b），表明納米顆粒有效在腫瘤中積累（圖 3c）。在激光照射過程中，注射SPNII和SPNIIR的小鼠腫瘤區域温度逐漸升高，並且在5min後達到了51°C（圖 3d）。在沒有激光照射的情況下，SPNII和SPNIIR注射組的原發性和遠處腫瘤的生長與對照組(注射鹽水)相似（圖 3f，g），説明納米顆粒本身的抗癌治療效果可忽略不計。SPNII注射組激光照射21天后，原發和遠處腫瘤的生長分別僅被抑制了43％和30％。相反，SPNIIR注射組中的原發腫瘤完全消失，遠處腫瘤的生長被抑制了76％。在SPNIIR注射激光處理組中，肺轉移病變較少（圖 3i），而其他治療組的肺中存在明顯的腫瘤轉移。這些結果證明SPNIIR在抑制原發性和遠處腫瘤的生長以及抑制肺轉移方面均優於SPNII。
圖3體內NIR熒光成像和癌症治療。a）腫瘤植入、納米粒子注射、激光照射以及監測腫瘤生長和肺轉移示意圖。b）通過尾靜脈注射SPNII@NCBS 0、2、4、6、8、12、24和36 小時後，對小鼠進行NIR熒光成像。c）注射SPNII @NCBS後小鼠腫瘤區域的熒光強度與時間的關係。d）通過尾靜脈注射SPNII或SPNIIR後，激光照射在24 h下對小鼠進行熱成像。f，g） 全身性注射生理鹽水、SPNII或SPNIIR後，小鼠的原發腫瘤（f）和遠處腫瘤（g）的相對腫瘤體積。經過21天的不同處理後，小鼠原發腫瘤和遠處腫瘤的重量h），肺轉移的H＆E染色圖像i）及肺中的腫瘤轉移結節數目j）。
最後作者還驗證了SPNIIR介導抗腫瘤和抗轉移功效的機制：SPNIIR納米粒子通過NIR-II PTT免疫療法觸發ICD產生,具體表現為三磷酸腺苷（ATP）釋放增加（圖 4a），鈣網蛋白（CRT）和高遷移率族1號框蛋白（HMGB1）表達增加（圖 4b-d）。並且，激光處理SPNIIR時R848原位釋放，觸發DC成熟，從而增強抗腫瘤免疫力（圖 4e-i）。
圖4 體內NIR-II PTT免疫療法誘導ICD、DC成熟和免疫應答激活。在SPNII、SPNIIR 或生理鹽水注射24h後，小鼠腫瘤組織的ATP水平a)，CRT（b）和HMGB1（c）的免疫熒光染色圖像及其相對MFI d)。經過3治療後，小鼠淋巴結中的成熟DC e）及DC的定量百分比f），g）經過10療後，對處腫瘤的CD3+CD4+T細胞和CD3+ CD8+T細胞進行流式細胞術測定及其百分比h，i）。治療3天后，小鼠的血清IL-6（j），TNF-α（k）和IFN-γ（l）水平。
結論
總之，作者提出一種可以遠程釋放NIR-II PTT疫治療法的SPNIIR。其在NIR-II窗口中具有很強的吸收率、光熱轉換效率高，並可以在全身給藥後有效地積聚到活體小鼠的腫瘤組織中。其NIR-II PTT免疫療法和原位釋放免疫治療劑協同作用將DC的成熟度提高了2.1倍，並將腫瘤中CTL的活化提高了3.1倍。
編者按：本文轉載自微信公眾號：高分子科學前沿(ID：Polymer-science)