文献解读 ‖ 仿生纳米粒子用于协同光热免疫治疗
研究背景
光热疗法(PTT)作为一种高选择性、非侵入性的肿瘤治疗手段，通过利用近红外(NIR)光吸收物质将光能转化为热能，有效地杀灭肿瘤细胞并诱导抗肿瘤免疫。然而，这些光热剂的光热转换效率不佳、肿瘤积聚不足，从而影响了它们对原发肿瘤的治疗效果。同时，因为缺乏针对远端和转移性肿瘤的系统治疗能力，这种选择性治疗方式受到了阻碍。因此，开发高效的光热剂来实现对原发肿瘤和远端肿瘤的有效抗肿瘤治疗是非常有必要的。
工作介绍
近来，华中科技大学的甘璐教授以及杨祥良教授合作开发了一种可用于全身光热免疫治疗的仿生硫化铜纳米颗粒(CuS-OMVs)。利用Escherichia coli Nissle 1917的外膜囊泡（OMVs）作为协同光热免疫治疗的纳米反应器模板合成了具有高光热转换效率、良好光稳定性和优异肿瘤靶向性的仿生CuS-OMVs。CuS-OMVs在诱导肿瘤细胞发生强烈的免疫原性细胞死亡（ICD）的同时也可作为免疫佐剂促进树突状细胞(DC)成熟，重塑免疫抑制的肿瘤微环境。因此，在NIR-II光照射下，CuS-OMVs对原发肿瘤和未治疗的远处肿瘤都可产生强大的抗肿瘤效果。
1.设计并制备了以Escherichia coli Nissle 1917的外膜囊泡（OMVs）作为协同光热免疫治疗的纳米反应器模板的仿生CuS-OMVs。
2.所制备的仿生CuS-OMVs具有高的光热转换效率、良好的光稳定性和优异的肿瘤靶向性。
3. 在NIR-II照射下，CuS-OMVs对原发肿瘤和未治疗的远处肿瘤都产生了强大的抗肿瘤效果。这为仿生纳米材料的高效光热免疫疗法走向有效的癌症治疗提供了见解。
Scheme 1. a) CuS-OMVs的制备示意图
b) NIR-II照射下CuS-OMVs诱导的PTT和抗肿瘤免疫的示意图
该工作发表在Nano Today上，IF=18.962。
研究思路
论文导读
Figure 1. CuS-OMVs的制备及表征
首先通过超速离心法从Escherichia coli Nissle 1917的培养上清液中分离出OMVs模板，随后触发CuS纳米晶的生物矿化构建CuS-OMVs(Figure. 1a)。SDS-PAGE、DLS分析、Zeta电位及高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)等数据证明了CuS纳米晶团簇的成功制备(Figure. 1b-f)。此外，CuS-OMVs吸收光谱显示其最大吸收波长在1000 nm以上(Figure. 1g)，表明CuS-OMVs在NIR-II照射下能够作为一种潜在的PTT试剂。为了研究其是否具有光热效应，用1064nm (0.76W cm−2)照射PBS、OMVs和CuS-OMVs分散体。与PBS相似，照射后OMVs的温度没有显著升高,而CuS-OMVs的温度可迅速升高47.9℃，表明CuS-OMVs具有良好的光热性能(Figure. 1h-i)。此外，根据冷却曲线计算出CuS-OMVs的光热转换效率(ɳ)约为61.4%(Figure. 1j-k)，同时在5个循环周期内温度分布没有明显变化(Figure. 1l)，表明其具有很高的光稳定性。
Figure 2. NIR-II照射下
CuS-OMVs介导的高温诱导肿瘤细胞免疫原性细胞死亡(ICD)
树突状细胞（DC）成熟和T细胞的活化
为探讨CuS-OMVs对4T1细胞的杀伤作用，分别用PBS、OMVs或CuS-OMVs处理4T1细胞。CCK-8检测显示，CuS-OMVs+laser处理组与其他组相比有显著的细胞毒作用(Figure. 2a)，表明CuS-OMVs具有良好的PTT活性。为确定CuS-OMVs介导的肿瘤热疗是否能诱导ICD，用PBS、OMVs或CuS-OMVs处理4T1细胞，然后用1064 nm照射5min。再孵育4小时后，出现CRT暴露(Figure. 2b)、ATP分泌(Figure. 2c)等典型的ICD指标，说明CuS-OMVs在NIR-II照射下可有效地触发4T1细胞的ICD。经CuS-OMVs+laser处理后DC成熟的主要标志物CD80(Figure. 2d)和CD86(Figure. 2e)的表达增强，揭示了CuS-OMVs诱导的ICD在NIR-II照射下有效地诱导DC成熟。同时CuS-OMVs+laser组中TNF-α+(Figure. 2f)、IFN-γ+(Figure. 2g)和GzmB+(Figure. 2h)的含量最高，证实了CuS-OMVs诱导的ICD可有效地诱导了DC成熟和随后的T细胞活化。
Figure 3. CuS-OMVs诱导的BMDC成熟和M2样巨噬细胞复极
为了研究OMVs和CuS-OMVs是否具有诱导DC成熟的能力，用PBS、OMVs或CuS-OMVs处理BMDCs。OMVs和CuS-OMVs有效地增加CD80+(Figure. 3a)、CD86+(Figure. 3b)和MHCII+(Figure. 3c)的比例，甚至优于阳性对照LPS，证实CuS-OMVs可能作为一种免疫佐剂有效地触发DC成熟。此外，在IL-4刺激的骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)构建的M2样巨噬细胞中，OMVs和CuS-OMVs显著增加CD80+和CD86+(M1相关标记)细胞的比例(Figure. 3d-e)，而降低CD206+(M2相关标记)细胞的比例(Figure. 3f)。这些结果表明，CuS-OMVs能够有效地减轻肿瘤免疫抑制的微环境。
Figure 4. CuS-OMVs在体内具有肿瘤靶向性
为了确定OMVs和CuS-OMVs是否具有肿瘤靶向能力，将IR780标记的OMVs或CuS-OMVs静脉注射给4T1荷瘤小鼠。荧光成像显示，OMVs和CuS-OMVs处理组肿瘤组织的荧光信号呈时间依赖性增强，并在24小时达到峰值(Figure. 4a-b)。与其他主要器官相比，肿瘤组织中积聚了更多的OMVs和CuS-OMVs(Figure. 4c-d)。同时体内光热成像显示，CuS-OMVs治疗组的肿瘤组织经NIR-II照射后温度显著升高(Figure. 4e-f)，以上表明CuS-OMVs可以有效地积聚在肿瘤组织中。
Figure 5. CuS-OMVs介导的抗肿瘤活性
和改善NIR-II照射下原位4T1荷瘤小鼠的肿瘤免疫微环境
鉴于CuS-OMVs具有高效的肿瘤积聚、良好的肿瘤热疗和增强的抗肿瘤免疫作用，测定了CuS-OMVs在NIR-II照射下对荷4T1乳腺原位瘤小鼠的抗癌活性。CuS-OMVs在NIR-II照射下表现出显著的肿瘤生长抑制作用，肿瘤体积及重量分别下降了85.5%和83.5% (Figure. 5a-b)。尽管其他组小鼠在51天前全部死亡，但直到实验结束CuS-OMVs组仍有25%的小鼠存活(Figure. 5c)。CuS-OMVs+laser组显著增加肿瘤组织CD11c+细胞中CD86+细胞的比例(Figure. 5e)，说明其可促进肿瘤内DC成熟。此外，经CuS-OMVs+laser处理后显著增加了CD3+T细胞中CD8+T细胞的比例(Figure. 5f)以及CD3+CD8+T细胞中CD69+(Figure. 5g)和IFN-γ+(Figure. 5h)的比例，同时M2样巨噬细胞被重新极化为M1样表型(Figure. 5i-j)。与此同时，CuS-OMVs+laser显著降低了免疫抑制细胞的比例(Figure. 5k-l)。综上所述，这些结果表明CuS-OMVs介导的热疗有助于其减轻肿瘤免疫微环境，从而有效地抑制肿瘤生长。
Figure 6. CuS-OMVs介导的抗肿瘤活性
和改善NIR-II光照射下原位双侧4T1荷瘤小鼠的肿瘤免疫微环境
为了进一步证实CuS-OMVs对NIR-II照射诱导的全身抗肿瘤免疫反应，建立了双侧原位4T1荷瘤模型(Figure. 6a)。在NIR-II照射下，CuS-OMVs不仅显著抑制了原发肿瘤的生长，远处肿瘤生长也受到显著抑制(Figure. 6b-e)，表明系统治疗效果显著。此外，对双侧肿瘤治疗后的肿瘤免疫微环境进行了评价。与其他组相比，CuS-OMVs组CD11c+细胞中CD80+CD86+(Figure. 6f)和MHCII+(Figure. 6g)的比例显著升高，CD3+T细胞中CD8+T细胞的比例(Figure. 6h)以及CD3+CD8+T细胞中CD69+(Figure. 6i)、IFN-γ+(Figure. 6j)和GzmB+(Figure. 6k)的比例在CuS-OMVs+laser组中最高。这些结果表明，CuS-OMVs介导的热疗有效地触发了强大的抗肿瘤免疫反应。
论文亮点
1. CuS-OMVs被开发用于系统性光热免疫治疗的协同作用，在NIR-II的照射下诱导出强大的抗肿瘤免疫力。
2. 利用Escherichia coli Nissle 1917衍生的OMVs作为协同光热免疫治疗的纳米反应器模板，可以方便地合成仿生CuS-OMVs。CuS-OMVs具有良好的光热转换效率和光稳定性。
3.在NIR-II照射下，CuS-OMVs不仅对原发肿瘤显示出显著的抗肿瘤活性，而且对未经治疗的远处肿瘤也显示出显著的抗肿瘤活性。CuS-OMVs有望作为一种纳米平台来实现全身PTT模式。
文献链接
Jiaqi Qin, Tao Yang, Jianye Li, Guiting Zhan, Xin Li, Zhaohan Wei, Zhaoxia Chen,
Wenxia Zheng, Huabing Chen*, Xiangliang Yang**, Lu Gan**
Bacterial outer membrane vesicle-templated biomimetic nanoparticles for synergistic photothermo-immunotherapy. Nano Today. 2022. DOI:10.1016/j.nantod.2022.101591