2月25日，约翰霍普金斯大学的研究人员在PNAS上发表一篇文章报告说，他们设计并成功测试了一种能传递分子信号的可生物降解纳米颗粒，它能在小鼠体内标记植入的人类癌细胞，使其变得可见，以提示动物免疫系统向其进攻。
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作者：采薇
2月25日，约翰霍普金斯大学的研究人员在PNAS上发表一篇文章报告说，他们设计并成功测试了一种能传递分子信号的可生物降解纳米颗粒，它能在小鼠体内标记植入的人类癌细胞，使其变得可见，以提示动物免疫系统向其进攻。研究人员表示这种纳米颗粒方法广泛适用于多种实体瘤 [1]。
图片来源：PNAS [1]
肿瘤生物学的一个特征是肿瘤细胞具有躲避免疫系统追捕的能力。目前的细胞免疫疗法，特别是CAR-T，需要科学家在体外改造和扩增患者自身T细胞，然后再输回患者体内，这是一个昂贵而耗时的过程。免疫治疗“军火库”中的其他武器还包括检查点抑制剂等药物，它们效果广泛，但常常导致与免疫系统相关的副作用，包括对正常组织的损害。
相比之下，约翰霍普金斯大学团队寻求的新型免疫系统疗法具有独特的优势。“这种疗法可以单独设计一个肿瘤及其周围环境，将免疫系统细胞吸引到肿瘤上。且整个治疗过程完全发生在体内，无需体外细胞操作。”领导该研究的Jordan J. Green博士说道。
Jordan J. Green博士（左）（图片来源：约翰霍普金斯大学官网）
研究人员利用癌细胞从周围环境中内化分子的趋势来开发这一系统。Green表示：“癌细胞可能更容易直接进行基因操作，因为它们的DNA已经失控，分裂迅速，且没有正常细胞的典型制衡机制”。
具体来说，研究小组创造了一种聚合物纳米颗粒——一种可以在细胞内滑动的微小容器。他们将纳米颗粒直接注射到动物的肿瘤中，引导它们进入癌细胞。
纳米颗粒的显微图像。比例尺为100 nm。（图片来源：PNAS [1]）
一旦进入癌细胞，水溶性纳米颗粒会在一天内缓慢降解。它包含一个称为质粒的DNA环，不整合到基因组中，并随着癌细胞分裂而最终降解，但其保持活性的时间足以改变癌细胞中的蛋白质生成。
来自质粒的额外的基因组物质使肿瘤细胞产生共刺激分子 4-1BBL 表面蛋白，这种蛋白的作用就像红旗一样，提示“我是一个癌细胞，激活防御系统”。质粒还迫使癌细胞向细胞周围环境分泌免疫刺激细胞因子IL-12。4-1BBL和IL-12就像磁铁一样吸引免疫系统细胞，来杀死癌细胞。
“本质上，我们是在迫使肿瘤自我暴露，并指示免疫细胞杀死它。”文章第一作者Stephany Y. Tzeng博士解释道。
在动物实验中，Green团队向已接受PD-1单抗治疗的黑色素瘤小鼠模型肿瘤中注射装载任意一个或所有两个基因编码的4-1BBL和IL-12“清除”信号的纳米颗粒。对照组小鼠接受PD-1单抗和空白纳米颗粒治疗。
结果显示，所有对照组小鼠因肿瘤生长而死亡，中位生存期为23天。而装载两种信号（4-1BBL/IL-12）的纳米颗粒比装载任一单独信号（4-1BBL或IL-12）的纳米颗粒都有更强的效果。其中接受4-1BBL/IL-12纳米颗粒治疗小鼠的中位生存期为39天，与对照组相比显著延长，中位生存期增加约70%。
此外，在4-1BBL/IL-12纳米颗粒治疗组中，相当一部分小鼠（28.6%）肿瘤被完全清除，并且在60多天的研究期内没有新的肿瘤生成（下图C）。
体内肿瘤相关抗原提呈细胞重编程显著抑制肿瘤生长，并延长生存期。（图片来源：PNAS [1]）
在黑色素瘤小鼠模型实验过程中，研究人员还发现一些小鼠患上了白癜风。虽然这是一个意外的副作用，但白癜风的发展已被发现与人类黑色素瘤患者对免疫治疗的阳性反应相关。“人们普遍认为，黑素瘤患者的白癜风是免疫治疗起作用的标志，免疫疗法正在遍及身体其他黑色素细胞聚集的部位。”Tzeng说。
为了支持这种肿瘤重编程免疫疗法具有广泛临床适用性的假设，研究人员继续在MC38结肠癌小鼠模型中进行评估。
实验结果显示，使用4-1BBL/IL-12纳米颗粒治疗在减缓或阻止结肠肿瘤生长方面是有效的（下图C）。令人兴奋的是，在这个模型中，接受4-1BBL/IL-12纳米颗粒和PD-1单抗联合治疗的所有小鼠都存活下来且最初的肿瘤被完全清除（下图D）。
图片来源：PNAS [1]
66天后，在存活小鼠与年龄相同的对照组（未接受过肿瘤移植和治疗）小鼠对侧再次注射MC38结肠癌细胞。几乎90%的对照组小鼠死于肿瘤生长，但没有一个存活小鼠形成新肿瘤，这表明在原始治疗部位的远端也产生了强而持久的抗肿瘤免疫反应。
尽管纳米颗粒系统的使用在未来几年仍将是实验性的，但Green表示：“我们的希望是最终可以开发出能携带多种免疫相关信号指令的纳米颗粒。我们目前正在开发这一系统，作为一种 ‘off-the-shelf’ 疗法，它可以诱导个体化的系统性抗肿瘤反应，而无需事先知道肿瘤的特定基因组成，这反应了我们纳米颗粒系统的转化潜力。”
相关论文：
[1] Stephany Y. Tzeng et al, In situ genetic engineering of tumors for long-lasting and systemic immunotherapy. PNAS (2020) DOI: 10.1073/pnas.1916039117
参考资料：
1# Nanosize device 'uncloaks' cancer cells inmice and reveals them to the immune system （来源：Medical press）
作者：采薇
2月25日，约翰霍普金斯大学的研究人员在PNAS上发表一篇文章报告说，他们设计并成功测试了一种能传递分子信号的可生物降解纳米颗粒，它能在小鼠体内标记植入的人类癌细胞，使其变得可见，以提示动物免疫系统向其进攻。研究人员表示这种纳米颗粒方法广泛适用于多种实体瘤 [1]。
图片来源：PNAS [1]
肿瘤生物学的一个特征是肿瘤细胞具有躲避免疫系统追捕的能力。目前的细胞免疫疗法，特别是CAR-T，需要科学家在体外改造和扩增患者自身T细胞，然后再输回患者体内，这是一个昂贵而耗时的过程。免疫治疗“军火库”中的其他武器还包括检查点抑制剂等药物，它们效果广泛，但常常导致与免疫系统相关的副作用，包括对正常组织的损害。
相比之下，约翰霍普金斯大学团队寻求的新型免疫系统疗法具有独特的优势。“这种疗法可以单独设计一个肿瘤及其周围环境，将免疫系统细胞吸引到肿瘤上。且整个治疗过程完全发生在体内，无需体外细胞操作。”领导该研究的Jordan J. Green博士说道。
Jordan J. Green博士（左）（图片来源：约翰霍普金斯大学官网）
研究人员利用癌细胞从周围环境中内化分子的趋势来开发这一系统。Green表示：“癌细胞可能更容易直接进行基因操作，因为它们的DNA已经失控，分裂迅速，且没有正常细胞的典型制衡机制”。
具体来说，研究小组创造了一种聚合物纳米颗粒——一种可以在细胞内滑动的微小容器。他们将纳米颗粒直接注射到动物的肿瘤中，引导它们进入癌细胞。
纳米颗粒的显微图像。比例尺为100 nm。（图片来源：PNAS [1]）
一旦进入癌细胞，水溶性纳米颗粒会在一天内缓慢降解。它包含一个称为质粒的DNA环，不整合到基因组中，并随着癌细胞分裂而最终降解，但其保持活性的时间足以改变癌细胞中的蛋白质生成。
来自质粒的额外的基因组物质使肿瘤细胞产生共刺激分子 4-1BBL 表面蛋白，这种蛋白的作用就像红旗一样，提示“我是一个癌细胞，激活防御系统”。质粒还迫使癌细胞向细胞周围环境分泌免疫刺激细胞因子IL-12。4-1BBL和IL-12就像磁铁一样吸引免疫系统细胞，来杀死癌细胞。
“本质上，我们是在迫使肿瘤自我暴露，并指示免疫细胞杀死它。”文章第一作者Stephany Y. Tzeng博士解释道。
在动物实验中，Green团队向已接受PD-1单抗治疗的黑色素瘤小鼠模型肿瘤中注射装载任意一个或所有两个基因编码的4-1BBL和IL-12“清除”信号的纳米颗粒。对照组小鼠接受PD-1单抗和空白纳米颗粒治疗。
结果显示，所有对照组小鼠因肿瘤生长而死亡，中位生存期为23天。而装载两种信号（4-1BBL/IL-12）的纳米颗粒比装载任一单独信号（4-1BBL或IL-12）的纳米颗粒都有更强的效果。其中接受4-1BBL/IL-12纳米颗粒治疗小鼠的中位生存期为39天，与对照组相比显著延长，中位生存期增加约70%。
此外，在4-1BBL/IL-12纳米颗粒治疗组中，相当一部分小鼠（28.6%）肿瘤被完全清除，并且在60多天的研究期内没有新的肿瘤生成（下图C）。
体内肿瘤相关抗原提呈细胞重编程显著抑制肿瘤生长，并延长生存期。（图片来源：PNAS [1]）
在黑色素瘤小鼠模型实验过程中，研究人员还发现一些小鼠患上了白癜风。虽然这是一个意外的副作用，但白癜风的发展已被发现与人类黑色素瘤患者对免疫治疗的阳性反应相关。“人们普遍认为，黑素瘤患者的白癜风是免疫治疗起作用的标志，免疫疗法正在遍及身体其他黑色素细胞聚集的部位。”Tzeng说。
为了支持这种肿瘤重编程免疫疗法具有广泛临床适用性的假设，研究人员继续在MC38结肠癌小鼠模型中进行评估。
实验结果显示，使用4-1BBL/IL-12纳米颗粒治疗在减缓或阻止结肠肿瘤生长方面是有效的（下图C）。令人兴奋的是，在这个模型中，接受4-1BBL/IL-12纳米颗粒和PD-1单抗联合治疗的所有小鼠都存活下来且最初的肿瘤被完全清除（下图D）。
图片来源：PNAS [1]
66天后，在存活小鼠与年龄相同的对照组（未接受过肿瘤移植和治疗）小鼠对侧再次注射MC38结肠癌细胞。几乎90%的对照组小鼠死于肿瘤生长，但没有一个存活小鼠形成新肿瘤，这表明在原始治疗部位的远端也产生了强而持久的抗肿瘤免疫反应。
尽管纳米颗粒系统的使用在未来几年仍将是实验性的，但Green表示：“我们的希望是最终可以开发出能携带多种免疫相关信号指令的纳米颗粒。我们目前正在开发这一系统，作为一种 ‘off-the-shelf’ 疗法，它可以诱导个体化的系统性抗肿瘤反应，而无需事先知道肿瘤的特定基因组成，这反应了我们纳米颗粒系统的转化潜力。”
相关论文：
[1] Stephany Y. Tzeng et al, In situ genetic engineering of tumors for long-lasting and systemic immunotherapy. PNAS (2020) DOI: 10.1073/pnas.1916039117
参考资料：
1# Nanosize device 'uncloaks' cancer cells inmice and reveals them to the immune system （来源：Medical press）
