三剑合一!纳米免疫直指CAR T细胞疗法短板!
NanoLabs 2020-07-07

尽管医学取得了重大进展,但是癌症仍然是主要的死亡原因之一,并且癌症病例的数量正在增加。免疫肿瘤学的最新进展表明,激活宿主免疫系统以根除癌症的潜力。如今,癌症免疫疗法被认为是手术,化学疗法和放射疗法之后癌症治疗的“第四支柱”。当前大多数的免疫疗法治疗策略集中于抗原特异性适应性免疫以治疗癌症。

 

近年来,嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)和CAR-NK细胞疗法已经出现,作为使用自体重组T细胞和CAR攻击癌细胞的一种方法。数项CAR-T细胞免疫疗法临床试验已显示出令人鼓舞的抗癌效果,其中有几例血液病癌症患者在单次注入CAR-T细胞后即可完全缓解。但是,CAR-T细胞疗法是高度针对患者的治疗策略。高昂的治疗费用和威胁生命的副作用(例如,细胞因子释放综合征)阻碍了其转化。同样,CAR-T细胞疗法通常在治疗实体瘤方面效果较差。

 

成果简介

有鉴于此,美国北卡罗来纳大学教堂山分校Andrew Z. Wang等人提供了一个可转化的多模式癌症治疗平台,用于同时定向递送化疗药物并激活宿主的先天免疫系统以根除癌症。即报告了一个纳米接合剂平台,该平台可以靶向表皮生长因子受体(EGFR)表达的肿瘤,并使NK细胞介导的免疫疗法成为可能。此外,纳米接合剂可以将化学治疗剂递送至肿瘤并进一步增强治疗效果。三价纳米接合剂不仅针对EGFR过表达的肿瘤的控释EPI进行了定制,而且还设计用于在全身给药后募集并激活循环中的NK细胞。相关成果发表在Science Advances上。

 

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图|EGFR靶向的纳米TriNKEs的作用机理和表征

 

如何制备:

纳米接合剂平台基于生物相容性聚乙二醇-嵌段-聚丙交酯-共-乙交酯(PEG-PLGA)纳米颗粒(NP)。NP用西妥昔单抗(抗人EGFR抗体,α-EGFR)和两种NK激活剂(抗CD16(α-CD16)和抗4-1BB(α-4-1BB)抗体)进行功能化。化疗药物表阿霉素(EPI)也可以封装在NP中。

 

具体制备过程为两步法

首先通过纳米沉淀法制备了核心叠氮化物官能化的无药物和EPI封装的NP。然后,通过无铜叠氮环辛炔环加成反应,将二苯并环辛炔(DBCO)-官能化的α-CD16,α-4-1BB和α-EGFR定量偶联至叠氮化物官能化的NP。

 

三剑合一,缺一不可!

体外细胞实验表明,包含两种NK激活剂(α-CD16/α-4-1BBNP)的NP预处理将NK细胞的细胞毒性提高至77.1±2.1%,这明显高于其他组别的。细胞毒性的增加可以通过两个刺激分子的同时激活以及双抗体功能化NPs的聚集效应来解释

 

然后再加入一个靶向形成三功能化纳米粒子,无药和EPI封装的三功能化纳米接合剂(α-EGFR/α-CD16/α-4-1BBNP)均显着增加了NK细胞的细胞毒性。这种治疗功效的提高归因于α-EGFR的靶向作用及其对NK激活剂的作用。结合对照试验表明,偶联的α-EGFR对于三价NP募集和激活NK细胞是必不可少的


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图|靶向EGFR的纳米TriNKEs在体外激活NK细胞攻击癌细胞

 

同样的,在体内试验,首先是不加靶向的结果是,两种抗体的结合可以增强NK细胞的无特异性激活,然而,从毒性的角度来看,这种全身激活是不想要的。然后,通过5 Gy射线照射,以使NK能够识别/靶向肿瘤细胞,小鼠肿瘤得到明显的抑制,这说明了有效的NK激活和肿瘤靶向/结合都是NK细胞介导的癌症治疗中必不可少的机制。


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图| CD16和4-1BB共刺激分子的时空共激活会延迟鼠体内肿瘤的生长

 

但是基于放疗只能局部肿瘤靶向,故在NPs加入α-EGFR靶向,实验结果三功能化组很好地抑制了肿瘤的生长和延长小鼠的生存时间。另外,再额外加入化疗药物EPI治疗后有效抑制肿瘤生长约40天,且在研究终点(接种后75天),用带化疗组治疗的小鼠中有50%仍然存活。且说明了仅在将化学治疗剂和激动性抗体同时递送至肿瘤时才能实现靶向化学免疫疗法的协同作用。


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图|靶向EGFR的纳米TriNKE在体内可有效抑制EGFR过度表达的肿瘤生长

 

化学免疫疗法的机理研究

靶向EGFR的三价NP的肿瘤吸收增加促进了循环的NK细胞与肿瘤细胞的结合,并使肿瘤浸润的NK1.1+ 活化的NK细胞增加了约17倍,检测细胞因子(TNF-α和INF-γ等)试验中,增强现象只在以EGFR靶向的纳米螯合剂治疗的小鼠中观察到,这是因为α-CD16/α-4-1BB NP激活NK细胞不能促进NK细胞识别肿瘤细胞,从而导致无效的免疫激活。

 

在化学免疫治疗组中观察到类似的生物分布趋势。但还表明同时进行的EPI治疗确实不影响NK细胞的抗肿瘤活性。这项全面的机理研究证实,量身定制的EPI封装纳米接合剂可以有效地向癌细胞提供细胞毒性化学治疗剂,并促进NK细胞攻击肿瘤细胞。


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机理的见解:靶向EGFR的纳米TriNKE通过将NK细胞募集到肿瘤并增加dsDNA断裂来改善化学免疫疗法

 

小结:

研究人员证明了该靶向EGFR的三价纳米抗体可以募集并激活循环的NK细胞,以攻击肿瘤细胞,同时向肿瘤细胞提供治疗剂量的细胞毒性化学治疗剂。全面的体外和体内研究表明,常规化学免疫疗法策略无法实现这种合成杀伤力数据表明,强大的NK激活和生物靶向作用在NK细胞介导的癌症治疗中至关重要,而基于NP的治疗则特别适合此应用。对生物靶向的需求还表明,这种方法的全身/非特异性毒性较低。

 

纳米接合剂的简单模块化设计可轻松实现化学治疗剂的交换,靶向用于治疗不同类型癌症的部分,并与各种类型的免疫细胞结合。纳米接合剂平台的开发可以改善当前的组合免疫疗法治疗策略,并有可能取代当前的CAR-T细胞疗法。尽管取得了这些早期令人鼓舞的结果,但仍需要在大灵长类动物中全身性施用这些NK细胞激活纳米接合剂进行进一步的验证和毒性研究。此外,应将其抗癌功效和副作用与其他现有的双特异性和三特异性抗体进行比较。此外,纳米接合剂的长期稳定性和保存期限尚待研究。

 

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参考文献:

KinMan Au, et al., Trispecific natural killer cell nanoengagers for targetedchemoimmunotherapy. Science Advances 2020.

DOI:10.1126/sciadv.aba8564

https://advances.sciencemag.org/content/6/27/eaba8564

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