通過(guò)交叉科學(xué)研究，提出并發(fā)展生物醫(yī)學(xué)前沿新技術(shù)，是提高重大疾病治療效果的重要手段。膠質(zhì)瘤是發(fā)病率和死亡率最高的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，其中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是最惡性的腫瘤，被稱為“癌中之王”。臨床上治療GBM以外科手術(shù)為主，同時(shí)輔助放化療，但是效果非常有限；以手術(shù)和替莫唑胺聯(lián)合治療為例，5年生存率小于5%。因此，亟需開(kāi)發(fā)新型高效的GBM治療策略。近日，過(guò)程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與深圳市第二人民醫(yī)院合作，基于工程化的細(xì)胞外囊泡（EVs）發(fā)展了“免疫調(diào)控-化學(xué)動(dòng)力-乏氧激活”多級(jí)聯(lián)動(dòng)的治療新策略，為GBM的治療帶來(lái)了新思路。相關(guān)工作發(fā)表在Signal Transduction and Targeted Therapy (DOI: 10.1038/s41392-022-00894-3)。

 

GMB治療棘手的原因主要有三方面。首先，血腦屏障（BBB）的存在阻止了藥物進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，需要發(fā)展更有效的藥物遞送策略；其次，單一化療藥物的使用易導(dǎo)致耐藥性的產(chǎn)生，需要聯(lián)合新的腫瘤殺傷手段；另外，GBM具有復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境，對(duì)其快速生長(zhǎng)和向周圍組織的浸潤(rùn)起到重要作用，在治療的過(guò)程中不容忽視。

針對(duì)上述難題，過(guò)程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于具有定向趨化能力的巨噬細(xì)胞EVs和工程化的設(shè)計(jì)，提出了“免疫調(diào)控-化學(xué)動(dòng)力-乏氧激活”多級(jí)聯(lián)動(dòng)的治療新策略，并聯(lián)合深圳市第二人民醫(yī)院交叉合作，進(jìn)行了個(gè)體化創(chuàng)新藥物制劑的研發(fā)。

研究團(tuán)隊(duì)首先基于膠質(zhì)瘤患者的臨床樣本和小鼠模型進(jìn)行了免疫組化的研究，發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤惡性程度越高，腫瘤組織中浸潤(rùn)的M2型巨噬細(xì)胞/M1型巨噬細(xì)胞的比例也相應(yīng)更高，并且這些巨噬細(xì)胞大多來(lái)源于外周血。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)提出了以M1巨噬細(xì)胞EVs作為載體，一方面可以利用M1巨噬細(xì)胞的趨化特性在GBM部位大量蓄積，另一方面可以通過(guò)調(diào)控巨噬細(xì)胞表型實(shí)現(xiàn)GBM微環(huán)境的免疫調(diào)控。

圖1 膠質(zhì)瘤樣本中巨噬細(xì)胞的表型及其來(lái)源分析：a. 膠質(zhì)瘤患者臨床樣本中巨噬細(xì)胞表型分析示意圖；b. 不同級(jí)別膠質(zhì)瘤中M1、M2和Ki67（細(xì)胞增殖指標(biāo)）的分析；c. 基于TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)分析不同級(jí)別膠質(zhì)瘤中M2/M1比例；d. 基于TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)分析膠質(zhì)瘤患者瘤內(nèi)M2/M1比例與生存曲線的關(guān)系；e. GBM組織中小膠質(zhì)細(xì)胞和M1巨噬細(xì)胞的共定位分析；f. 免疫熒光染色分析GBM組織中小膠質(zhì)細(xì)胞和M2巨噬細(xì)胞的共定位；g. 小鼠膠質(zhì)瘤樣本中巨噬細(xì)胞表型分析示意圖；h. 在不同膠質(zhì)瘤細(xì)胞系（U87MG、G422和GL261）中M1、M2和Ki67的分析；i. 免疫熒光染色分析不同鼠膠質(zhì)瘤組織中小膠質(zhì)細(xì)胞和M1或M2巨噬細(xì)胞的共定位情況；圖中標(biāo)尺均為50 µm

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在M1EVs的細(xì)胞膜和內(nèi)腔差異化裝載了化學(xué)激發(fā)分子對(duì)（CPPO和Ce6）以及乏氧藥物（AQ4N），以此將腫瘤微環(huán)境調(diào)控、化學(xué)激發(fā)動(dòng)力學(xué)及腫瘤乏氧治療合理有序地集成于M1EVs遞送系統(tǒng)中。上述仿生劑型（CCA-M1EVs）靜脈注射后，M1EVs可以攜帶上述組分穿過(guò)BBB進(jìn)入GBM病灶，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多級(jí)聯(lián)動(dòng)治療：M1EVs調(diào)控免疫微環(huán)境產(chǎn)生大量過(guò)氧化氫，從而激發(fā)CPPO和Ce6生成自由基（ROS），同時(shí)該反應(yīng)消耗氧氣激活細(xì)胞毒性藥物AQ4N。借助上述作用的協(xié)同，在小鼠原位膠質(zhì)瘤模型和患者來(lái)源的（PDX）模型上顯著抑制了疾病的進(jìn)程，大幅延長(zhǎng)了生存期。

圖2 基于M1EVs的仿生劑型構(gòu)建方案、抗腫瘤機(jī)制及PDX療效：a. 仿生劑型的構(gòu)建示意圖；b. 仿生劑型在GBM模型中的累積及免疫調(diào)節(jié)、化學(xué)激發(fā)動(dòng)力學(xué)和乏氧觸發(fā)化療的協(xié)同作用示意圖；c. 基于光聲成像分析仿生劑型在PDX小鼠GBM病灶中的累積；d. 各組PDX小鼠的抑瘤效果（20天核磁成像）；e. 各組PDX小鼠的生存期分析；f. 各組PDX小鼠的TUNEL分析（標(biāo)尺50 µm）

王曉君博士和丁輝博士為該論文的共同第一作者，魏煒研究員、馬光輝研究員和李維平教授為共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和深圳市神經(jīng)外科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41392-022-00894-3。
 

關(guān)于森輝

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