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(xì)胞，而樹突狀細(xì)胞（DC）作為最重要的專職抗原呈遞細(xì)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(qiáng)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(jìn)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(xì)胞焦亡，能夠在分泌白細(xì)胞介素-1β的同時保持細(xì)胞活力，并上調(diào)共刺激分子表達(dá)，兼具更高效的抗原呈遞能力和更強(qiáng)的遷移能力，是促進(jìn)CD8+ T細(xì)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(qiáng)度難以調(diào)控等問題，從而限制了其在腫瘤疫苗中的進(jìn)一步應(yīng)用。
針對以上問題，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陳航榕研究員、馬明研究員團(tuán)隊構(gòu)建了脂肪酸修飾并負(fù)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(qiáng)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(zhǔn)的疫苗脂質(zhì)組成與比例作為基準(zhǔn)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(biāo)，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(tuán)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(jìn)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(tuán)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(xué)粒徑分布。
進(jìn)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(qiáng)DC成熟與抗原呈遞，能從數(shù)量（增加比例）、質(zhì)量（增強(qiáng)功能）和空間分布（促進(jìn)浸潤）三個維度全面誘導(dǎo)強(qiáng)效的CD8? T細(xì)胞應(yīng)答，腫瘤生長抑制率分別達(dá)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(xué)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
