前言

癌癥轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致高死亡率的主要原因。目前乳腺癌骨轉(zhuǎn)移的治療方式以破壞性為主，這就促使了多功能生物材料的開(kāi)發(fā)，不僅可以有效地消除原發(fā)/轉(zhuǎn)移腫瘤，而且可以促進(jìn)骨組織再生。今天分享的這篇文章來(lái)自上海交通大學(xué)郝永強(qiáng)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合上海大學(xué)陳雨團(tuán)隊(duì)在 《advanced functional materials》 雜志上發(fā)表的利用光熱 3D 打印支架聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)阻斷抑制乳腺癌生長(zhǎng)和骨轉(zhuǎn)移的研究。

基本信息

實(shí)驗(yàn)材料：乳腺癌小鼠模型

發(fā)表期刊：advanced functional materials

影響因子：16.836

發(fā)表年份：2020.12.13

研究?jī)?nèi)容

1. 技術(shù)路線

2. BG@NbSiR 的制造和結(jié)構(gòu)/組成特點(diǎn)

生物支架的構(gòu)建過(guò)程可分為三部分，分別是功能性?Nb2C@SiR NSs 的制備、3D 打印 BG 支架的構(gòu)建以及 BG 支架與 Nb2C@SiR NSs 的整合（Fig2a）。研究發(fā)現(xiàn)，3D 生物支架的結(jié)構(gòu)比 2D 的更能有效地促進(jìn)細(xì)胞附著，且 BG@NbSiR 不僅具有光熱治療效果性能，還具備增強(qiáng)成骨的能力（Fig2k）。與 BG 支架相比，BG@NbSiR 具有較強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)化能力和良好的光熱穩(wěn)定性。

3. BG@NbSiR 支架誘導(dǎo)光熱治療（photothermal therapy，PTT）后的免疫反應(yīng)

為了確定 BG@NbSiR 的有效性，作者評(píng)估了 BG@NbSiR 的細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn) BG@NbSiR 支架上不同類型的細(xì)胞在孵育 3 天后存活率顯著升高，說(shuō)明 BG@NbSiR 具有良好的生物相容性。此外，通過(guò)近紅外光（near-infrared light，NIR）照射后，乳腺癌細(xì)胞（breast cancer，BC）存活率明顯降低（Fig3c, d），說(shuō)明 BG@NbSiR 支架具有較好的 PTT 誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡的效果。

與原發(fā)灶相比，轉(zhuǎn)移灶的清除更具挑戰(zhàn)性，因此，作者探討了 BG@NbSiR 基于支架的 PTT 是否會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)。結(jié)果表明基于 BG@NbSiR 支架的 PTT 后的 BC 細(xì)胞碎片可促進(jìn) DCs 的成熟，提示 BG@NbSiR 支架具有免疫激活能力（Fig3a, e-f）。與 DCs 成熟結(jié)果類似，基于 BG@NbSiR 支架的 PTT 后的腫瘤細(xì)胞殘留物也可以刺激白細(xì)胞介素 (IL)-6、IL-17 和腫瘤壞死因子 (TNF)α 等有利細(xì)胞因子的分泌（Fig3g-i），進(jìn)一步驗(yàn)證了免疫佐劑（R837）增強(qiáng)免疫的療效。

4. 探究 BG@NbSiR 聯(lián)合抗 PD-L1 免疫治療的抗腫瘤作用

由于抗 PD1/PD-L1 的免疫治療及聯(lián)合其他療法治療腫瘤已帶來(lái)廣闊的發(fā)展前景，因此，作者探討了基于 BG@NbSiR 的 PTT 治療聯(lián)合抗 PD-L1 治療對(duì)原發(fā)腫瘤及轉(zhuǎn)移腫瘤的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于 BG@NbSiR 的 PTT 治療聯(lián)合抗 PD-L1 治療能夠顯著抑制原發(fā)腫瘤及遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移腫瘤的增殖（Fig4a-c）。此外，作者對(duì) PTT 后第 12 天的遠(yuǎn)端腫瘤細(xì)胞分析（Fig4d），發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，聯(lián)合治療組 CD8+?T 細(xì)胞（CTLs）占比高出近 2.2 倍，而 Tregs 的百分比下降，說(shuō)明 CTLs 在抗腫瘤免疫中發(fā)揮著關(guān)鍵作用（Fig4e-h）。

5.?基于 BG@NbSiR 的 PTT 聯(lián)合抗 PD-L1 免疫治療對(duì)腫瘤的肺和骨轉(zhuǎn)移的抑制作用

作者同時(shí)對(duì)乳腺癌肺轉(zhuǎn)移和骨轉(zhuǎn)移的治療效果進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)一步證實(shí)了基于BG@NbSiR 的 PTT 聯(lián)合抗 PD-L1 免疫治療能夠有效的抑制和預(yù)防乳腺癌的肺或骨轉(zhuǎn)移（Fig5a-g），且可通過(guò)長(zhǎng)期的免疫記憶作用預(yù)防乳腺癌的轉(zhuǎn)移（Fig6）。

6. 單細(xì)胞測(cè)序分析聯(lián)合治療的作用機(jī)制

為了探討聯(lián)合治療的潛在機(jī)制，作者對(duì)對(duì)照組（BG 治療）和聯(lián)合治療組的小鼠樣本進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，確定了 4 種細(xì)胞類型（Fig7a-c）。通過(guò) GO 和 KEGG 分析發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合治療后導(dǎo)致參與血管生成負(fù)調(diào)控、炎癥反應(yīng)、先天免疫反應(yīng)等功能或通路的差異富集（Fig7d-e）。此外，GSEA 分析表明，聯(lián)合治療不僅可以抑制原發(fā)性和轉(zhuǎn)移腫瘤的進(jìn)展，還能建立長(zhǎng)期的免疫記憶（Fig7f-i）。CNV 分析也提示聯(lián)合治療可以降低腫瘤細(xì)胞的惡性程度（Fig7j-k）。

7. BG@NbSiR 支架的成骨性能探究

除了 BG@NbSiR 支架對(duì)乳腺癌骨轉(zhuǎn)移的良好治療效果外，作者還在體外和體內(nèi)測(cè)試了 BG@NbSiR 支架的成骨性能。發(fā)現(xiàn)與 BG 組相比，BG@NbSi 和 BG@NbSiR 支架組的人骨間充質(zhì)干細(xì)胞（hBMSCs）和小鼠骨間充質(zhì)干細(xì)胞（mBMSCs）的成骨分化增強(qiáng)（Fig8a）。此外，在 BG@NbSi 和 BG@NbSiR 支架上接種 hBMSCs 或 mBMSCs 7 d 后，成骨基因表達(dá)均升高，進(jìn)一步證實(shí) BG@NbSi 和 BG@NbSiR 支架具有優(yōu)良的成骨誘導(dǎo)特性（Fig8b-i）。

文章總結(jié)

本研究構(gòu)建了免疫佐劑（R837）負(fù)載碳化鈮（Nb2C） MXene 修飾的 3D 打印可生物降解支架（BG@NbSiR），可有效治療乳腺癌骨轉(zhuǎn)移。通過(guò)與檢查點(diǎn)阻斷免疫治療協(xié)同作用，這種工程 BG@NbSiR 支架可以根除原發(fā)腫瘤、激活免疫應(yīng)答、抑制轉(zhuǎn)移、防止腫瘤復(fù)發(fā)（長(zhǎng)期免疫記憶），并加速骨生成。特別是，單細(xì)胞測(cè)序（scRNA-seq）被用來(lái)進(jìn)一步確定對(duì)基于 BG@NbSiR 支架的光療和檢查點(diǎn)阻斷聯(lián)合免疫治療反應(yīng)的關(guān)鍵因素，從單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的角度揭示了潛在的治療機(jī)制。這項(xiàng)工作不僅展示了基于 BG@NbSiR 支架治療乳腺癌骨轉(zhuǎn)移的臨床應(yīng)用潛力，而且為優(yōu)化基于單細(xì)胞基因組的多功能組織工程生物材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)建提供了獨(dú)特的思路。

參考文獻(xiàn)

Chao He, et al. Combinatorial Photothermal 3D‐Printing Scaffold and Checkpoint Blockade Inhibits Growth/Metastasis of Breast Cancer to Bone and Accelerates Osteogenesis. Adv. Funct. Mater., 2020.

說(shuō)明：本文源自歐易生物微信公眾號(hào)