蒲侃裔教授Angew：继半导体STING激动剂后，将声动力疗法与金属免疫疗法结合，调节肿瘤相关巨噬细胞，里应外合攻击肿瘤！

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的状态与癌症免疫疗法的预后有关。巨噬细胞可以分为两个亚群，即经典活化的巨噬细胞(M1型，具有抗肿瘤作用)和替代活化的巨噬细胞(M2型，具有促肿瘤作用)。使用免疫调节剂可将M2巨噬细胞型转化为M1巨噬细胞，发挥抗肿瘤作用。然而，现有的免疫调节剂代谢不稳定、易清除，毒性大。铁是机体的必需元素，具有催化活性和氧化/还原性质。研究表明，铁过载能诱导M1巨噬细胞极化。基于铁的金属免疫调节剂显示出诱人的肿瘤前景。

声动力疗法(SDT)是一种非侵入性治疗方法，它利用声敏剂产生活性氧(ROS)、空化、气泡和热来治疗癌症，在深度肿瘤抑制方面具有巨大潜力。同时消除肿瘤细胞和调节外围肿瘤免疫微环境的智能超声治疗剂的发展面临瓶颈，有待被开发。

基于以上，南洋理工大学蒲侃裔教授团队设计了一种螯合铁离子的半导体纳米免疫调节剂（SINM），用于肿瘤的声动力免疫治疗。SINM由螯合Fe3+的半导体骨架和聚乙二醇(PEG)侧链构成。富集到肿瘤组织后，Fe3+被还原成Fe2+，铁过载诱导巨噬细胞M1型极化。经超声辐照，SINM产生大量的ROS有效诱导免疫原性死亡(ICD)。通过与巨噬细胞的里应外合，有效抑制肿瘤的生长和转移。

图1. 半导体铁纳米免疫调节剂介导的声动力免疫疗法机制。

研究者首先合成了基于噻吩的席夫碱半导体材料SPC。利用噻吩和席夫碱基团螯合Fe3+，自组装形成半导体铁纳米材料SINM。未螯合Fe3+的SPC，自组装形成的SPCN作为对照。SPCN中铁离子的螯合可以提高SINM对声辐射的敏感性。此外，在模拟的肿瘤微环境溶液中，通过亚甲基蓝（MB）降解实验，研究者发现SINM中铁仍然能有效发生Fenton反应产生羟基自由基。

图2. SINM与SPN的合成与表征。

接下来，研究者通过细胞实验证明了在超声辐射下，SINM能诱导ROS的产生，并造成细胞铁死亡。无论是否超声辐射，SINM均会诱导铁死亡标志物脂质过氧化物(LPO)、）和凋亡标志物半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（caspase-3）上调。在铁螯合剂去铁胺（DFO）作用下，SINM诱导的效应均会被抑制。这些实验结果有利的证明了SINM诱导的死亡是由铁离子诱导引起的。

除此之外，SINM能通过铁过载诱导M1巨噬细胞发挥免疫治疗功效。研究者选取骨髓源性巨噬细胞和树突状细胞（BMDMs和BMDCs）作为研究对象。通过流式细胞术观察到经SPCN与SINM孵育后，SINM组M1型巨噬细胞标志物（iNOS）显著上调，而M2型标志物（CD206）的水平显著下调。在超声照射的情况下，这种现象表现愈发明显。有利的证明了铁离子和声动力学过程促进了M1巨噬细胞的极化。此外，铁过载和超声辐照还能促进树突状细胞（DC）成熟。

图3. 体外SINM介导的癌症声动力免疫治疗。

图4. SINM声动力金属免疫疗法体内抗肿瘤效果评估。

研究者通过构建双侧肿瘤模型，评估了SINM介导的声敏金属免疫疗法对4T1肿瘤小鼠的抗肿瘤效果。在SINM注射和超声辐照的小鼠中，观察到原发和远处肿瘤，均产生了最高的肿瘤控制率（TCR:91.2%，对于远处肿瘤为93.2%），分别是SPCN的1.7倍和1.3倍。在没有超声照射的情况下，SPCN的TCR与对照组相似，而SINM表现出中等的肿瘤抑制作用，TCR为43.1%。表明金属免疫疗法和SINM声动力学疗法联合具有强大的的抗肿瘤功效。此外，有声辐射的SINM在很大程度上抑制了肿瘤向肺组织的转移。在治疗期间，SINM治疗组的小鼠体重几乎不变且心、肝、脾和肾等主要器官也几乎没有组织学损伤，这表明SINM介导的声动力金属免疫疗法具有良好的生物安全性。

机制研究表明SINM介导的声动力金属免疫疗法增加了DCs成熟并诱导M1型巨噬细胞极化。SINM介导的声动力学治疗导致肿瘤引流淋巴结（TDLNs）中CD80+CD86+细胞（成熟的DC）的数量是SPCN介导的声学动力学治疗和SINM治疗的1.3%和4.4%倍。在原发性肿瘤中，SINM介导的超敏声金属免疫疗法引起最高水平的M1巨噬细胞极化水平（iNOS+CD206-，41.8%），且M1巨噬细胞与M2巨噬细胞（CD206+iNOS-）的比例最高。此外，原发性肿瘤组织，血液和脾脏中，CD8+ T细胞（CD45+CD3+CD8+）T细胞的数量也显著上调。这些数据表明，在治疗过程中，SINM介导的声动力金属免疫疗法具有强大而持久的抗肿瘤免疫能力。

对距离超声照射部位四分之一深度的上部肿瘤和距离超声照射位置四分之三深度的下部肿瘤进行切片，并用capase-3和HMGB1抗体染色，发现capase-3和HMGB1表达水平几乎不变。表明在抗癌声动力学金属免疫治疗中，声辐射发挥了其穿透深度深的优越性质。

综上，研究者开发了一种半导体铁纳米免疫调节剂SINM。在TIME中，SINM特异性触发脱铁和M1巨噬细胞极化，并通过声辐射激发ROS生成，用于声动力金属免疫联合治疗。SINM诱导IL-6、TNF-α和IL-1β的上调，导致M2巨噬细胞向M1巨噬细胞极化。在超声辐照后，由于铁离子的螯合作用，SINM的1O2产率提高了3倍，并促进了比SPCN高1.2倍的DC成熟。在不同深度的肿瘤切片中，SINM诱导了相似水平的凋亡和免疫原性生物标志物的生成，并显著促进了效应T细胞的浸润，最终实现了肿瘤抑制和转移抑制。因此，该设计提供了一种多治疗模式相互级联相互增强的治疗方法。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202310178

来源：BioMed科技

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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