癌癥免疫治療的核心在于激活人體自身的免疫系統(tǒng)來識別和殺滅腫瘤細胞，而樹突狀細胞（DC）作為最重要的專職抗原呈遞細胞，能夠有效介導(dǎo)固有免疫應(yīng)答并激活適應(yīng)性免疫，其功能狀態(tài)還決定了免疫應(yīng)答的強度與質(zhì)量，因而在抗腫瘤免疫中處于核心地位。近年來研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體的激活可以誘導(dǎo)DC進入一種"超激活"的特殊狀態(tài)，超激活DC不同于NLRP3激活通常導(dǎo)致的細胞焦亡，能夠在分泌白細胞介素-1β的同時保持細胞活力，并上調(diào)共刺激分子表達，兼具更高效的抗原呈遞能力和更強的遷移能力，是促進CD8+ T細胞免疫應(yīng)答的理想DC表型。然而，目前的DC超激活誘導(dǎo)方案仍普遍存在啟動信號安全性不足、激活信號組成復(fù)雜、刺激強度難以調(diào)控等問題，從而限制了其在腫瘤疫苗中的進一步應(yīng)用。
針對以上問題，中國科學院上海硅酸鹽研究所陳航榕研究員、馬明研究員團隊構(gòu)建了脂肪酸修飾并負載質(zhì)粒DNA（pDNA）的脂質(zhì)納米顆粒（FA-pLNP）平臺。其中，pDNA可編碼腫瘤抗原并提供NF-κB介導(dǎo)的NLRP3炎癥小體啟動信號；脂肪酸提供炎癥小體的激活信號，并通過調(diào)節(jié)信號強度實現(xiàn)了對DC超激活狀態(tài)的可控誘導(dǎo)。相關(guān)成果以"Combinatorial Design of Fatty Acid-Incorporated Plasmid Lipid Nanoparticles Drives Dendritic Cell Hyperactivation for Enhanced Cancer Immunotherapy"為題發(fā)表在《ACS Nano》上。
本研究以FDA批準的疫苗脂質(zhì)組成與比例作為基準配方，引入四種不同碳鏈長度及飽和度的脂肪酸，分別按五個摩爾比梯度摻入，構(gòu)建了包含20種候選配方的FA-pLNP庫。以DC成熟度為篩選指標，最終篩選得到最優(yōu)配方——摻入15%棕櫚酸的pLNP（命名為PA15）。
本研究基于團隊自主開發(fā)的螺旋聚焦流微混合器，實現(xiàn)了優(yōu)選脂質(zhì)納米顆粒PA15的穩(wěn)定可控制備。該微混合器采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)（nanoArch? S140，精度：10 μm），一體化成型出具有3D同軸聚焦螺旋通道的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。含有脂質(zhì)的乙醇溶液與含pDNA的水溶液分別從獨立入口注入，在螺旋通道內(nèi)流動并進入混合區(qū)，兩相流體快速混合，促使脂質(zhì)與pDNA在毫秒級時間內(nèi)完成自組裝，從而獲得粒徑更均一的納米顆粒。此外，團隊以螺旋聚焦流微混合器為核心，開發(fā)了螺旋聚焦流納米藥物合成儀。該儀器配備觸屏數(shù)顯界面、微混合器連接件及自動收集臺，具有批次間高重復(fù)性、操作簡便等優(yōu)勢，適用于納米脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒等多種納米顆粒的高流速、均一化合成。
圖.（a）螺旋聚焦流微混合器裝置示意圖；（b）裝置實物照片及核心混合區(qū)的顯微CT圖像；（c）混合區(qū)內(nèi)流動模式示意圖；（d）螺旋通道出口處的橫截面視圖；（e）三種不同配方獲得的脂質(zhì)納米顆粒的冷凍透射電鏡圖像；（f）通過動態(tài)光散射測得不同類型脂質(zhì)納米顆粒的水合動力學粒徑分布。
進一步研究證實，在B16-OVA和MC38兩種小鼠腫瘤模型中，PA15顯著增強DC成熟與抗原呈遞，能從數(shù)量（增加比例）、質(zhì)量（增強功能）和空間分布（促進浸潤）三個維度全面誘導(dǎo)強效的CD8? T細胞應(yīng)答，腫瘤生長抑制率分別達到91.7%和74.1%。上述發(fā)現(xiàn)為癌癥疫苗及相關(guān)免疫治療的研究提供了新的思路。
上述研究成果系中國科學院上海硅酸鹽研究所與國科大杭州高等研究院的科研人員共同完成，研究生李孜印和賈福浩為共同第一作者，馬明研究員和陳航榕研究員為共同通訊作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.6c01946
