四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路

疫苗作为有效控制传染疾病的方法成功挽救了无数人的性命。基于蛋白质的亚单位疫苗具有优异的安全性和相对简单的工艺流程。亚单位疫苗在体内通常要经过四步级联反应,①疫苗被递送到淋巴结②树突细胞摄取③树突细胞逐渐成熟④MHC-I多肽复合物刺激T细胞产生细胞毒性的CD8+ T 细胞。因此诱导有效的免疫激活反应与每一步息息相关,如何将每一步效率最大化是目前亟待解决的问题。介孔二氧化硅纳米粒子MSNs)凭借其巨大比表面积、表面易于修饰、负电位以及表面亲水的硅羟基等优势在疫苗递送中引起了广泛的关注。但也存在递送效率差、抗原负载量较低等有待改进的地方,并且介孔二氧化硅纳米粒子的抗原交叉传递呈递能力鲜有报道。

四川大学华西药学院孙逊教授和高分子科学与工程学院张凌副教授合作首次研究了靶向淋巴结的MSNs粒子的孔径对于免疫应答的影响。通过探究不同孔径的MSNs粒子的靶向、细胞摄取、呈递以及免疫应答的影响,实验结果表明不同孔径的MSNs对于前三步级联反应没有明显影响,但较大孔径(12.9 nm)的介孔二氧化硅负载卵清蛋白之后具有最强的细胞免疫应答,具有最好的抗肿瘤效果,有望在免疫治疗和癌症疫苗等领域得到进一步的应用。该项研究成果以题为“The pore size of mesoporous silica nanoparticles regulates their antigen delivery efficiency”发表在《Science Advances》(见文后全文链接)。

四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路

【图文解读】

MSNs的制备与蛋白负载:研究者通过两相合成法制备了粒径在80 nm左右、孔径分别为7.8 nm(MSNs-S)、10.3 nm(MSNs-M)和12.9 nm(MSNs-L)的介孔二氧化硅纳米粒子。在抗原包覆和释放实验中发现MSNs-L展现出最高89.6%的负载率,同时在PBS溶液放置3天之后大部分抗原仍然保持在孔中,表明卵清蛋白OVA和介孔二氧化硅较强的相互作用。

四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路
图1.介孔二氧化硅纳米粒子的制备以及负载抗原之后引起免疫应答的过程。

 

四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路
图2. 不同孔径MSNs结构的表征以及其负载和释放卵清蛋白的能力。

 

MSNs-OVA的体外细胞摄取和抗原交叉呈递:研究者选择以较低细胞毒性的浓度作为研究对象,荧光测试表明三种MSNs-OVA-Cy5具有显著性增强的细胞摄取能力,同时不同孔径的粒子没有明显差异。随后利用流式细胞仪检测了抗原交叉传递相关复合物H-2Kb-SIINFEKL,结果表明将卵清蛋白负载到介孔二氧化硅中增强了DC细胞的摄取,溶酶体逃逸以及交叉呈递。随后通过检测其对骨髓树突状细胞(BMDCs)成熟的影响,结果表明MSNs-OVA上调相关因子CD80和CD60的表达,具有作为免疫佐剂的能力。

四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路
图3. MSNs-OVA的细胞摄取和抗原交叉呈递能力。

 

MSNs-OVA体内靶向和免疫激活:为了验证材料是否在体内同样具有靶向和激活相关免疫细胞的能力,研究者通过荧光成像发现MSNs-OVA-Cy5在注射10小时后荧光强度达到最大,而单独的OVA荧光强度一直呈衰减趋势。进一步分析CD8a+CD11c+和CD11b+CD11c+细胞含有目标荧光的数量,研究者发现不同孔径的MSNs-OVA处理的结果没有明显差异,但都远高于单独OVA的数量。

四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路
图4. MSNs-OVA的靶向能力试和淋巴结中DCs细胞激活测试。

 

MSNs-OVA免疫应答:研究者在给小鼠注射纳米粒子之后检测其血液中IgG和IgG1相关抗体的表达,结果发现不同孔径的二氧化硅可以增强OVA的免疫原性,并且和孔径相关,MSNs-L-OVA产生最强的免疫应答,同时其诱导细胞产生细胞因子的能力最强。

四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路
图5. MSNs-OVA激活免疫反应的能力。

 

MSNs-OVA抗肿瘤效果:MSNs-OVA可以促进CD8+细胞产生FN-γ干扰素,因此具有一定的抗肿瘤能力。令人惊喜的是三种MSNs-OVA都具有增强的抑制肿瘤生长的能力,MSNs-L-OVA和MSNs-M-OVA都能较好的延长小鼠的存活时间,其中MSNs-L-OVA抑制肿瘤生长效果最佳。

四川大学孙逊/张凌《Sci.Adv.》:纳米粒子孔径调节为免疫激活和癌症治疗提供新思路
图6. MSNs-OVA抗肿瘤能力测试。

 

【小结】

综上所述,通过调控多孔二氧化硅纳米粒子的孔径来调控相应细胞的免疫激活过程,MSNs-L-OVA在不需要其他免疫佐剂的条件就可以实现较强的抗肿瘤效果,MSNs-L为研究免疫激活和肿瘤疫苗提供了新思路。

原文链接:

https://advances.sciencemag.org/content/6/25/eaaz4462

相关新闻

微信
微信
电话 QQ
分享本页
返回顶部