【人物与科研】南京大学刘震课题组Chem. Sci.：合理开发分子印迹纳米粒子用于阻断PD-1/PD-L1

导语

在癌症免疫治疗中，通过单克隆抗体去阻断PD-1/PD-L1免疫检查点相互作用是一种有效的策略去激活T细胞、杀伤肿瘤细胞。尽管该方法取得了巨大的成功，但抗体仍然存在着花费高、稳定性低等问题；同时，抗体的使用与高频率的、免疫相关的不良反应有关。因此，开发新的抗PD-1/PD-L1治疗方法具有重要意义。分子印迹聚合物是一种化学合成的人工抗体，具有制备便捷、花费低、稳定性高等优势，在代替抗体治疗领域具有重大潜力。今日，南京大学刘震课题组在该领域取得新的突破（Chem. Sci., DOI: 10.1039/D2SC03412C）。

前沿科研成果

合理开发分子印迹纳米粒子用于阻断PD-1/PD-L1

南京大学刘震课题组在开发分子印迹聚合物阻断信号通路，杀伤肿瘤细胞方面已有相关工作报道（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 10621）。另一方面，刘震课题组开发了一系列基于蛋白质末端表位的分子印迹技术（Chem. Sci., 2019, 10, 1831；Adv. Sci., 2021, 2101713；Sci. Bull, 2022, 67, 278）, 为将分子印迹聚合物用于癌症的靶向治疗提供了新的思路。在前期工作的基础上，作者通过模拟商业化抗PD-1抗体Nivolumab与PD-1的结合行为。选取了PD-1N末端10肽为模板，制备了抗PD-1分子印迹纳米粒子。该分子印迹纳米粒子可以通过结合T细胞表面的PD-1阻断PD-1/PD-L1相互作用，从而激活T细胞功能，促进细胞因子释放，逆转肿瘤细胞的化疗耐药性（图1）。

图1：分子印迹纳米粒子阻断PD-1/PD-L1相互作用（来源：Chem. Sci.）

首先，作者根据选取模板的氨基酸侧链官能团的化学性质，选择了不同的功能单体。通过调控单体比例，测定抓取目标肽段的数量，作者选取了最佳的功能单体比例，并在该比例下制备分子印迹纳米粒子，用于后续的相关实验（图2）。

图2：优化功能单体比例（来源：Chem. Sci.）

随后，作者测定了分子印迹纳米粒子的特异性，发现：在肽段以及蛋白层面，该分子印迹纳米粒子都对PD-1具有很好的特异性。紧接着，作者测定了分子印迹纳米粒子对于PD-1N端肽段以及PD-1蛋白的亲和力，两者的数量级都在10^-8 M，（图3）大于PD-1与PD-L1间的亲和力（8.2 uM）。

图3：分子印迹纳米粒子的特异性测试（来源：Chem. Sci.）

紧接着，通过ELISA以及流式细胞术，作者发现：分子印迹纳米粒子可以在蛋白以及细胞层面很好地阻断PD-1/PD-L1相互作用（图4）。

图4：分子印迹纳米粒子阻断PD-1/PD-L1相互作用（来源：Chem. Sci.）

在最后，作者通过测定细胞因子IL-2的含量以及肿瘤细胞的化疗敏感性，从侧面验证了分子印迹纳米粒子阻断PD-1/PD-L1相互作用的效果。实验结果表明，比起商业化抗体Nivolumab，分子印迹纳米粒子可以更好地恢复T细胞功能，释放IL-2细胞因子，同时降低肿瘤细胞的化疗耐药性（图5）。该实验结果证实了分子印迹纳米粒子可以阻断PD-1/PD-L1。

图5：分子印迹纳米粒子恢复T细胞功能并逆转肿瘤细胞的化疗耐药性（来源：Chem. Sci.）

总结：根据分子印迹技术，作者制备一种抗PD-1分子印迹纳米粒子。该纳米粒子以高亲和力结合T细胞表面的PD-1，恢复T细胞功能，逆转肿瘤的化疗耐药性，具有与各种癌症治疗方法相结合的巨大潜力。此外，该工作也为合理开发阻断PD-1/PD-L1的人工抗体开辟了新的途径。该工作以“Rational development of molecularly imprinted nanoparticles for blocking PD-1/PD-L1 axis”为题发表在Chem. Sci.（DOI: 10.1039/D2SC03412C）上。该论文的第一作者为南京大学博士生顾自宽，许舒欣博士为共同第一作者。通讯作者为南京大学刘震教授（论文作者：Zikuan Gu、Shuxin Xu、Zhanchen Guo and Zhen Liu*）。上述研究工作得到了国家自然科学基金（21834003）以及自然科学青年基金（22007046）的支持。

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刘震课题组简介

刘震课题组以仿生分子识别为核心，结合纳米技术、先进材料、分离科学、生物质谱和拉曼光谱等手段，发展生物分离、组学分析、疾病诊断分析、单细胞分析、癌症靶向及免疫治疗新方法和新材料。课题组已在国际知名学术期刊发表论文170余篇，包括Chemical Society Review、Accounts of Chemical Research、Angewandte Chemie International Edition、Nature Protocols、Advanced Science、ACS Nano和Chemical Science等知名期刊。

刘震教授简介

南京大学特聘教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，英国皇家化学会会士。1998年于中国科学院大连化学物理研究所获博士学位。2000-2002年，日本兵库大学日本学术振兴会（JSPS）特别研究员；2002-2005年，加拿大滑铁卢大学博士后。2005年获聘南京大学教授，2006年起任博士生导师，2008年入选教育部“新世纪优秀人才”， 2011年-2014年任加拿大滑铁卢大学工程学院兼职教授，2014年获国家杰出青年科学基金，2016年入选江苏省“333高层次人才”（第二层次）。英国皇家化学会会士、中国化学会高级会员、美国化学会会员，兼任国际分子印迹学会理事会理事、中国质谱学会常务理事、中国化学会色谱专业委员会委员、中国化学会质谱专业委员会委员、中国生物化学与分子生物学会蛋白质组学专业委员会委员、Analytica Methods副主编、Electrophoresis、Separation Science Plus、Journal of Chromatography Open、《科学通报》、《分析化学》、《质谱学报》和《色谱》等杂志编委。主要从事分子识别、亲和分离、疾病诊断、单细胞分析和癌症纳米治疗等研究，主持国家重大科研仪器项目和基金委重点项目等国家级科研项目10余项，目前h因子53，主编及合著著作2部，出版专章7章，获授权专利15项。2011年和2017年先后获中国分析测试协会科学技术奖一等奖共2次，2016年获Phenomenex & Analytical Scientist联合颁发的科学人文奖银奖。2020年荣获美国化学会测量科学进展讲座奖。

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