厦门大学刘刚教授团队：细胞膜包覆的纳米颗粒在疫苗和免疫治疗方面的应用研究进展

天然和仿生颗粒专刊文章

 A Featured Article from

the Special Issue：

Natural and Biomimetic Particles in Bio-applications

客座编辑：马光辉、魏炜、赵春霞

Cell membrane-encapsulated nanoparticles for vaccines and immunotherapy (Open Access)

Wei Xiang（向韡）, Xue Liu, Lili Zhang, Chao Liu（刘超）, Gang Liu（刘刚）

DOI: 10.1016/j.partic.2021.04.017

Keywords: Cell membrane; Nanoparticle; Vaccine; Immunotherapy

作为新一代的载药平台，纳米递送系统具有可修饰性强和高度自由灵活的载药方式，同时，以细胞膜为基础的纳米药物递送平台因其更好的生物相容性和较低的毒性而备受研究者瞩目。近日，厦门大学刘刚教授团队在Particuology上发表综述文章，文章详细介绍了细胞膜包覆技术的发展以及不同膜来源的细胞种类对其在疫苗和免疫治疗方面的应用，为细胞膜包裹纳米颗粒的下一步改进和应用提供了有效的策略指导。

本文已OA，欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入Science Direct 官网免费阅读、下载！

01

背景·导读

在医学研究领域，基于纳米技术的生物制剂研发方案受到了广泛的研究。通常而言，纳米药物递送系统的设计主要分为两个部分：一个是有效的药物负载，及特定的应用功能的实现。另一个是通过减少与体内器官组织的非特异性作用，增加特异性靶向功能。其最终目的是设计高效靶向病变部位并实现特定功能的纳米制剂。传统纳米载体的修饰主要是在其表面修饰聚乙二醇（PEG），形成水化层并维持空间稳定性，进而修饰各种配体，包括抗体、适配体、多肽等以进行多功能设计。

仿生纳米药物系统是一种很有临床转化前景的个性化制剂研发方向。作为生物最基本的单位，细胞可在复杂的环境中执行各种各样的功能。因此，研究人员利用细胞膜包覆技术，将天然的细胞膜包裹在纳米颗粒表面，从而赋予其天然的细胞功能。与合成纳米载体不同，细胞膜仿生纳米载体包覆的纳米颗粒展现出更好的生物相容性和较低的毒性，并能从不同的母细胞获得特定的生物学功能。

02

内容·简介

基于以上背景，厦门大学刘刚教授团队详细总结了细胞膜包覆的纳米颗粒在疫苗和免疫治疗方面的应用研究进展。文章首先介绍了细胞膜包覆技术的发展和几种常用的包覆方法。随后通过不同膜来源的细胞种类对其在疫苗和免疫治疗方面展开详细介绍。从正常哺乳动物细胞中的红细胞、血小板、白细胞、干细胞、树突状细胞的细胞膜到非正常细胞中的肿瘤细胞膜以及细菌膜，均能作为仿生纳米载体实现生物医学应用研发。通过将各种来源的细胞膜包裹在不同纳米颗粒表面，从而赋予其各种天然的细胞功能，发挥不同的疫苗和免疫治疗效果（图1）。

图1  Cell membrane-encapsulated nanoparticles. 

例如用红细胞膜包裹纳米颗粒在免疫治疗方面，能够作为抗红细胞抗体的诱饵来治疗自身免疫性溶血性贫血（AIHA）；另外，将α-溶血素插入红细胞膜包裹的纳米颗粒中形成的纳米类毒素在体内和体外都具有良好的生物安全性，将其作为疫苗作用于小鼠模型后，其性能始终优于热变形毒素制剂，表现为小鼠皮肤病变的减少和存活率的提高（图2）。

图2  RBC membrane-encapsulated nanoparticles for toxin vaccine. 

对于肿瘤细胞，将佐剂CpG寡脱氧核苷酸1826封装到包裹了B16-F10黑色素瘤细胞膜的PLGA纳米颗粒中作为纳米疫苗，实现肿瘤相关抗原与免疫佐剂一起传递，刺激淋巴结处的DC细胞成熟，有效促进抗原呈递，随后激活特异性细胞免疫（图3），并在动物实验中显示了该制剂可产生有效的抗肿瘤免疫应答。 

图3  Cancer cell membrane-encapsulated nanoparticles for antitumor vaccination. 

细胞膜包裹纳米颗粒的生物医学应用其仍存在一些需要解决的问题，包括缺乏特定细胞的大规模培养方法以及标准化生产等。尽管如此，细胞膜包裹纳米颗粒在可预见的未来仍然展现除了巨大的应用前景，结合细胞膜囊泡基因工程技术，基于纳米颗粒的平台可望提升到新的高度。相信随着对这一技术的研究不断深入，它终将实现广泛的临床应用并为人类健康服务。

03

通讯作者

刘刚

Gang Liu

Professor

教授

厦门大学南强特聘教授

国家杰出青年基金（2019）和优秀青年基金（2014）获得者

中组部万人计划青年拔尖人才、教育部新世纪人才、福建省科技创新领军人才、中国生物医学工程学会理事、中国生物材料学会理事、中华医学会放射学分会分子影像学组副组长。长期致力于分子影像探针及药物递送载体系统研发。近年指导研究生在JCR一区主流期刊如PNAS、Nat. Commun.、Sci. Adv.、JACS、Adv. Mater.等杂志发表论文100余篇（影响因子高于10的论文50余篇）并连续入选科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家”榜单。参编全国高校规划教材5部、英文专著14部。获得国家专利授权12项，其中3项进行了企业技术转移及临床转化并获国家或省级科技奖5项。

部分代表作：

1. Pengfei Zhang, et al. Virus-Mimetic Nanovesicles as a Versatile Antigen Delivery System. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). 2015, 112(45): E6129–E6138.

2. Xuan Liu, et al. Bioinspired Artificial Nanodecoys for Hepatitis B Virus. Angew Chem Int Ed Engl. 2018, 57(38):12499–12503.

3. Xue Liu, et al. Vesicular antibodies: A bioactive multifunctional combination platform for targeted therapeutic delivery and cancer immunotherapy. Adv Mater. 2019, 31(17): 1808294.

4. Peng Lv, et al. Genetically Engineered Cell Membrane Nanovesicles for Oncolytic Adenovirus Delivery: A Versatile Platform for Cancer Virotherapy. Nano Lett. 2019, 19(5): 2993–3001.

5. Xin Pang, et al. Sono-Immunotherapeutic Nanocapturer to Combat Multidrug-Resistant Bacterial Infections. Adv Mater. 2019, 31(35):1902530.

更多资讯请访问刘刚教授课题组主页：

供稿：原文作者

编辑：《颗粒学报》编辑部

往期推荐

# 文章精选 | 湖南大学刘志刚教授课题组：封装钴纳米粒子碳纳米管中氮含量对于芳香烷烃选择性催化氧化性能的影响

PARTICUOLOGY简介

Particuology(《颗粒学报》)是由中国科协主管，中国颗粒学会和中国科学院过程工程研究所主办，科学出版社和Elsevier出版集团共同出版的英文版双月刊，正式创刊于2003年4月。首任主编为郭慕孙院士，现任主编为李静海院士。

Particuology2019年度影响因子2.787, 五年影响因子3.111，已连续十年分别在SCI化工类及材料综合类期刊中位列Q2区，是颗粒学领域三大期刊之一。同时，《颗粒学报》始终坚持以创精品与国际化为办刊方针，多年来一直保持60%国际稿源，70%国际审稿，作者来自中国、美国、德国、英国、澳大利亚等20多个国家，读者遍布全球100多个国家，并连续九年被评为“中国最具国际影响力期刊”称号。

Particuology主要刊登国内外颗粒学领域在研究、工程和应用方面的优秀原创论文，内容涉及颗粒测试与表征、颗粒制备与处理、颗粒系统与固体散料技术、流态化与颗粒流系统、模拟与仿真技术、气溶胶科学与技术、材料科学与工程、纳米颗粒、能源颗粒、生物颗粒与仿生技术等领域。热忱欢迎国内外相关领域专家、学者、研究人员来稿！

点击阅读原文查看原文文章