一、背景介绍：

       溶瘤病毒因其对肿瘤细胞的特异性感染能力而在癌症治疗中具有广阔的前景，而溶瘤腺病毒(OA)因其高病毒滴度、高核内逸出能力、高效的核进入机制，以及灵活的外源转基因插入可能性等突出特点而被广泛研究。目前，OA的系统给药仍然受到几个内在因素的阻碍：① OA在给药后很快被灭活和清除，因为它具有严重的免疫原性和宿主的免疫反应；② 尽管OA可特异性地感染肿瘤细胞，但不能通过血液循环作用于肿瘤部位；③ OA的复制能力在缺氧肿瘤微环境中严重减弱。因此，人们致力于解决这些问题，以提高静脉给药OA的治疗效果，目前已研究出通过亲水性聚合物共价附着或非共价形成生物无机壳的方式用于OA工程的开发，其中，生物矿物质具有生物相容的，可生物降解的，无毒的特性。

       在此，北京理工大学谢海燕研究团队报道了一种创新的病毒表面工程策略，即在温和的条件下将碳酸钙和锰(MnCaCs)将OA包覆以形成生物矿化纳米颗粒(OA@MnCaCs)，同时保持病毒的传染性。在全身给药后，矿物壳保护OA免受宿主免疫系统的破坏，从而改善其体内循环。当在肿瘤中积累时，MnCaCs外壳在酸性条件下迅速溶解，释放Mn²⁺将内源性H₂O₂原位转化为氧(O₂)，赋予其磁共振成像(MRI)能力。更重要的是，增强的O₂生成大大改善了OA的复制能力，显著增强了溶瘤病毒疗法，同时赋予其光声成像(PAI)能力(见图1)。

             图1：OA@MnCaCs纳米粒子的制备及其在双模式成像引导和协同增强抗癌治疗中的应用示意图

二、要点

要点一：利用OA在生理pH下带负电荷，Mn²⁺和Ca²⁺可吸附到OA上表面，以及病毒固有的各向异性结构可作为生物矿化模板，在生理条件下添加Na₂CO₃后，在OA周围自发形成MnCaCs矿物壳，得到OA@MnCaCs。由于生物矿化层对OA的完全封装，及OA@MnCaCs表面带负电，使其能够抵抗血清诱导的聚集，因此有利于体内循环（图2）。

                                               图2：OA@MnCaCs纳米粒子的表征

要点二：利用CaCO₃和MnCO₃可以快速溶解在酸性介质这一特性，使OA在经生物矿化包覆后，在酸性pH条件下仍能保持传染性；同时，由于Mn2+是典型的T1造影剂，在肿瘤弱酸性微环境下，通过OA@MnCaCs实现肿瘤T1对比磁共振(MR)成像。图3表明肿瘤中释放的Mn²⁺可以用于MR成像，为OA在体内的积累和释放提供实时信息。

                                     图3：OA@MnCaCs的pH响应性及其磁共振成像特性

要点三：根据Mn²⁺可以在酸性条件下被H₂O₂氧化成MnO₂，然后MnO₂进一步分解内源性H₂O₂生成O₂这一反应，通过OA@MnCaCs在酸性条件下将内源性H₂O₂原位转化为O₂，从而缓解肿瘤中的缺氧情况，不仅有利于OA的复制（腺病毒通常在常氧条件下复制），而且也为光声(PA)成像提供可能。

                                                图4：OA@MnCaCs的缺氧改善和PA成像表征

三、小结

   通过在OA表面包覆MnCaCs生物矿物外壳，所制得的OA@MnCaCs 具有保护OA免受免疫系统的攻击，显著延长其血液循环时间，改善静脉给药后的靶向肿瘤蓄积的优点，加之MnCaCs壳层的pH触发溶解及其在肿瘤内部产生O₂的能力，OA的复制能力显著增强，从而明显增强了抗肿瘤效果，且副作用小。同时，利用Mn²⁺ T1-MRI成像能力和生成的O₂的PA成像能力，可通过双模态成像监测OA的蓄积、释放和治疗效率。这项研究为开发可靠、高效的工程化溶瘤病毒治疗肿瘤提供了一条可行的途径。

Li-Li Huang, Xue Li, JinFeng Zhang, et al. MnCaCs-Biomineralized Oncolytic Virus for Bimodal Imaging-Guided and Synergistically Enhanced Anticancer Therapy. Nano Lett., 2019.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b03193

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03193