《肿瘤疫苗淋巴结靶向递送方面取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: 万勇
  • 发布时间:2021-11-23
  • 肿瘤疫苗具有特异性高和毒副作用低的特点,是替代传统疗法或者辅助增强传统疗法疗效的良好选择。肿瘤疫苗作用方式主要是将肿瘤抗原递送到抗原提呈细胞,从而激活固有免疫反应和抗原特异适应性免疫反应,从而发挥系统而特异的抗肿瘤作用。尽管基于疫苗的抗肿瘤疗法有优越的理论基础,但目前仍不能达到令人满意的临床治疗效果。因此,提高疫苗的体内免疫刺激效率是肿瘤免疫治疗领域的重要研究方向之一。淋巴结是抗原提呈发生的主要场所,其中定居了大量的抗原提呈细胞,并且这些细胞毗邻于初始T细胞,在摄取抗原后能够实现快速地提呈。此外,淋巴结定居的抗原提呈细胞都是未成熟的表型,具备较强的抗原摄取能力。因此,将肿瘤疫苗有效递送至淋巴结是提高疫苗效率的重要策略之一。

    基于此,国家纳米科学中心聂广军研究员和赵瑞芳副研究员构建了一种基于点击化学反应的淋巴结主动聚集的疫苗体系(Active lymph node accumulation system, ALAS),通过模拟“配体-受体”相互作用的疫苗主动靶向递送方式,促进抗原和佐剂在淋巴结中的积累,进而增强抗原呈递和T细胞激活效率。聚合物DSPE-PEG(1, 2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino (polyethylene glycol)]-2000)具有良好体内安全性,它与体内进行脂质运输的白蛋白具有较高的亲和性;同时,DSPE-PEG还被报道可以自发地从白蛋白中转移嵌入细胞膜的磷脂双分子层中。基于以上原理,靶标基团-叠氮(N3)被修饰到DSPE-PEG分子末端,利用白蛋白内在的淋巴结回流机制,达到叠氮分子的淋巴结定向递送和在细胞膜上插靶的目的,实现淋巴结的“点亮”;然后,表面修饰有DBCO(dibenzocyclooctyne)基团的脂质体通过点击化学反应同这些叠氮靶点进行特异性的高效反应,实现脂质体在淋巴结的积累;最终,脂质体内包裹抗原和佐剂在淋巴结内被高效共递送至抗原呈递细胞,增强肿瘤抗原特异性CD8+ T细胞反应。该研究团队在黑色素瘤皮下瘤模型和肺转移模型中验证了其良好的肿瘤抑制效果,有效延长了荷瘤小鼠的生存期。相关研究成果“Development of a Cancer Vaccine Using In Vivo Click-Chemistry-Mediated Active Lymph Node Accumulation for Improved Immunotherapy”发表于Advanced Materials(2021, DOI: 10.1002/adma.202006007)。

    国家纳米科学中心博士研究生覃好和副研究员赵瑞芳为该文章的共同第一作者,赵瑞芳副研究员和聂广军研究员为共同通讯作者。上述工作得到了国家基础研究计划,中国科学院战略性先导科技专项(B类),国家自然科学基金,黄国强教育基金会等项目的支持。

    原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006007。

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  • 《研究揭示淋巴结靶向纳米疫苗免疫新机制》

    • 来源专题:中国科学院病毒学领域知识资源中心
    • 编译者:malili
    • 发布时间:2020-03-09
    • 3月2日,中国科学院生物物理研究所感染与免疫重点实验室朱明昭课题组在《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)上发表Article论文:Dual-targeting nanoparticle vaccine elicits a therapeutic antibody response against chronic hepatitis B。该研究设计了基于铁蛋白纳米颗粒的乙型肝炎病毒(HBV)preS1纳米疫苗,在小鼠模型中,诱导产生了高水平、高亲和力、持久的抗体应答和免疫记忆,不但具有出色的预防作用,而且在治疗模型中获得功能性治愈和HBsAg血清学转换,并显着降低HBVcccDNA。该研究还进一步揭示了铁蛋白纳米颗粒抗原被淋巴结SIGNR1+抗原呈递细胞主动靶向识别、转运、诱导Tfh和B细胞活化应答的免疫学新机制。 HBV感染是全球性重大公共卫生健康问题之一。全球目前乙肝病毒慢性感染者约2.6亿人,每年接近100万人死于慢性乙肝导致的肝功能衰竭、肝硬化和肝细胞癌。尽管预防性乙肝疫苗在临床应用中取得了显着效果,迄今为止,尚无有效的治疗性乙肝疫苗上市。这其中最具挑战的重大问题是如何突破慢性乙肝感染患者体内长期建立起来的免疫耐受,诱导有效、持续的免疫应答,获得功能性治愈,甚至完全清除cccDNA。HBV preS1作为治疗性乙肝疫苗的新功能靶点,最近获得了概念性验证。但是,preS1是弱免疫原性的功能表位,如何充分合理调动机体免疫系统,诱导针对弱免疫原性表位的高效抗体应答,仍然是目前的关键问题,也是疫苗免疫学领域的普遍问题。 病毒样颗粒(以及近些年受到日益关注的铁蛋白)等纳米颗粒载体对于提高抗原的免疫原性,提高抗体应答的效果早就得到广泛重视和认可。但是其免疫学机制并不十分清楚,长期以来停留在淋巴结靶向递送、理想抗原展示密度等传统认知,以及铁蛋白颗粒载体的三聚体构象抗原展示等方面,限制了这一类疫苗改进优化的思路。 在该研究中,研究人员利用课题组前期建立的铁蛋白纳米点击疫苗技术,设计了HBV preS1纳米疫苗Ferritin NP-preS1。在小鼠模型中,两次免疫后诱导了比对照组高150倍的抗体应答,而且持续时间长达至少8个月,且再次免疫时的抗体应答水平比对照组高约600倍。在AAV-HBV1.3感染小鼠模型中,该疫苗不仅具有出色的预防保护作用,而且具有出色的治疗效果,显着降低了外周血HBV DNA、HBsAg水平,降低了肝脏中的HBcAg和cccDNA水平,部分小鼠获得功能性治愈和HBsAg血清学转换(外周血HBsAg和DNA转阴,抗-HBs转阳)。 进一步的免疫学机制研究发现,铁蛋白纳米颗粒同时主动靶向小鼠淋巴结中常驻的SIGNR1+巨噬细胞和SIGNR1+树突状细胞,分别促进了B细胞和Tfh细胞的活化应答,协同诱导抗体产生。这种SIGNR1+细胞靶向特性也利用人淋巴结的临床样品获得验证(人DC-SIGN是小鼠SIGNR1的同源分子)。有趣的是,研究人员还发现,定位于淋巴窦的SIGNR1+巨噬细胞可以携带铁蛋白纳米抗原,向淋巴滤泡(B细胞区)迁移,传递抗原给B细胞,促进B细胞活化;CXCR5基因敲除的巨噬细胞,不能向淋巴滤泡迁移,无法有效活化B细胞。这与人们长期以来推测的淋巴窦巨噬细胞原地不动通过胞吞/胞吐或细胞膜流动传递纳米颗粒抗原给B细胞的模式完全不同。 因此,该研究不仅报道了一种效果显着、具有临床转化潜力的治疗性乙肝疫苗,而且揭示了纳米颗粒抗原靶向递送、转运、诱导Tfh和B细胞活化应答的免疫学新机制,具有重要的免疫学理论价值和医学应用前景。(生物谷Bioon.com)
  • 《国家纳米科学中心丁宝全课题组在基于DNA纳米机器的肿瘤疫苗方面取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-10-21
    • 国家纳米科学中心丁宝全研究员课题组在DNA纳米机器用于精准化智能化肿瘤疫苗研究方向取得重要进展。研究成果“A DNA nanodevice-based vaccine for cancer immunotherapy”发表于Nature Materials(DOI:10.1038/s41563-020-0793-6; https://rdcu.be/b6SOx)。 恶性肿瘤是一类严重危害人类健康的重大疾病。肿瘤免疫治疗能够调控自身的免疫系统,有效地清除恶性肿瘤细胞。多种肿瘤免疫治疗策略为肿瘤治疗带来了新的希望。其中肿瘤疫苗研究被广泛关注,尤其是针对特定患者的个体化疫苗越来越受到研究者的重视。然而,疫苗在前期研究和临床试验中的抗肿瘤治疗效果仍然不理想。其中一个主要的原因是缺少理想的运输载体,将佐剂分子和抗原分子高效共递送到淋巴器官,从而实现高效的免疫系统激活。此外,免疫功能成分精准定量及在其作用位点的可控释放也是极大的挑战。 基于分子自组装的DNA纳米结构具有结构精确可控、易于化学修饰、生物可降解等特点,是一种很有潜力的纳米载体,在药物靶向运输、可控释放、多种药物协同运输治疗等方面已展示了非常广阔的应用前景。丁宝全课题组在前期的工作中根据生理病理的标志物分子设计构筑了刺激响应型DNA自组装结构及DNA纳米机器,实现了功能蛋白、核酸药物、小分子化药等组分的精准靶向递送及可控释放,在动物水平的多种肿瘤模型展现了良好的治疗效果(Nature Biotechnol., 2018, 3, 258; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 15486; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 19032)。这些研究提出了药物递送体系程序化设计的研究思路,为肿瘤等疾病的治疗提供了全新的精准化智能化策略。 在前期研究的基础上,丁宝全课题组提出了利用DNA纳米机器构建抗肿瘤疫苗的概念。他们利用DNA折纸技术,构建尺寸形状精准可控、同时搭载肿瘤抗原和多种佐剂的肿瘤疫苗体系,利用抗原特异性的免疫反应进行肿瘤免疫治疗。首先选用肿瘤抗原多肽与单链DNA进行共价偶联,同时针对位于免疫细胞内涵体内的免疫通路受体TLR3及TLR9选取核酸免疫佐剂dsRNA 与CpG,通过核酸分子的杂交在纳米机器内部进行定位定量的装载。设计酸响应的DNA分子锁将装载了各种功能成分的DNA结构封闭,形成完整闭合的DNA纳米机器,保护内部的免疫功能组分。DNA纳米机器由于特殊设计的尺寸形状能够被高效富集到淋巴结,当进入淋巴结内树突细胞后,在内涵体微酸性环境中,分子锁响应性开启,DNA纳米机器由关闭状态转变为开启状态,共同释放抗原和多种佐剂,刺激树突细胞活化和抗原递呈,诱发抗原特异性免疫反应,有效杀伤肿瘤细胞。搭载不同肿瘤抗原多肽的DNA纳米机器在黑色素瘤、结直肠肿瘤小鼠模型上都展现良好的抗肿瘤疗效。由于解决了肿瘤疫苗精准化及多佐剂联用的难题,纳米机器显示了长期的免疫记忆效果,有效抑制肿瘤复发与转移。这种基于多种成分共同精准组装、刺激响应控制的DNA纳米机器在肿瘤疫苗体系的开发及个体化的肿瘤免疫治疗应用中显示了巨大潜力。同时,DNA纳米机器具有可程序化设计的特点,可以通过进一步设计优化用于病毒相关抗原及佐剂等功能成分的递送,有望为抗病毒疫苗的构建提供全新的平台。 国家纳米科学中心博士生刘少利和蒋乔研究员为该论文的共同第一作者,丁宝全研究员为通讯作者。该研究得到北京市科技计划(前沿新材料研究)、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项及前沿科学重点研究计划、科技部重点研发计划等项目的支持。   (a)DNA折纸构建肿瘤抗原肽/ CpG环/ dsRNA共同负载的纳米机器肿瘤疫苗示意图 (b)利用DNA纳米机器进行癌症免疫治疗的示意图