武汉大学张先正教授团队发表题为Hybrid Vesicles Based on Autologous Tumor Cell Membrane and Bacterial Outer Membrane To Enhance Innate Immune Response and Personalized Tumor Immunotherapy的研究。该研究将肿瘤膜和细菌膜杂交形成一种递送方式,为肿瘤治疗提供新的方法。
肿瘤异质性是导致肿瘤转移影响治疗效果的因素之一,而个性化治疗可以针对个体肿瘤进行个性化治疗,解决肿瘤的异质性问题。因此,团队将细菌外膜囊泡(outer membrane vesicle,OMV)与肿瘤的细胞膜(outer membrane vesicle,mT)杂交,构建了一种功能性囊泡(mTOMV),以增强免疫反应并应用于个性化免疫治疗。动物实验表明mTOMV能够积聚在淋巴结中、对术后残余的肿瘤有抑制转移和生长的作用,并且可以个性化的靶向同源肿瘤中去,证明了mTOMV在个性化免疫治疗中的优势。
异质性是指肿瘤组织特有的特性,这是肿瘤治疗复发及转移的原因之一,而个性化治疗有望解决肿瘤异质性的问题,因此提出了选用个体患者的肿瘤细胞膜作为肿瘤疫苗来同源靶向肿瘤。但肿瘤细胞膜(抗原)通常是低免疫原性的,几乎不能引起有效的抗肿瘤免疫反应。外膜囊泡(OMV)是革兰氏阴性菌分泌出来的纳米级球形结构,不仅可用于递送肿瘤抗原,还可以增强免疫应答。
因此团队设计了一种混合囊泡系统,用于肿瘤个性化免疫治疗,其构建方式如下图所示,选用原发性实体瘤提取肿瘤细胞膜mT,从大肠杆菌中获取外膜囊泡OMV,将两类膜杂交得到混合囊泡(mTOMV)。后续将构建的mTOMV注射至小鼠体内,观察小鼠的免疫应答反应(如图所示)。
图. 自细菌外膜和肿瘤细胞膜的混合囊泡的示意图
实验设计
杂合膜:选用乳腺癌细胞膜+大肠杆菌外膜囊泡OMV
实验结果:
前期团队对mTOMV构建成功与否进行了物理表征说明,并通过体外细胞实验简单验证了mTOMV对体外免疫细胞-骨髓来源树突状细胞(BMDC)活化的效果以及在不同种类肿瘤中的个性化免疫结果(图示见后文)。
1、动物实验—mTOMV在淋巴结的积聚
淋巴是机体免疫应答的重要场所,在这里可以进行免疫反应,生成抗体,因此本部分的动物实验主要验证构建的mTOMV能否向淋巴结迁移并聚集。
实验结果显示mTOMV在淋巴结中有较强的滞留能力,说明携带有抗原的mTOMV 能够开始免疫反应的第一步,积累至免疫应答场所。
(C) 将小鼠(35小时)处死后取淋巴结进行荧光观察并将荧光强度定量分析。
图. mTOMV在淋巴结中的积聚
2、动物实验—mTOMV对术后残余肿瘤的抑制作用以及抑制途径(通过哪些免疫细胞进行免疫)
肿瘤转移是手术后面临的主要问题,因此本部分实验主要想要验证不同治疗方式对术后体内残余肿瘤的抑制作用,以评估mTOMV在术后的作用效果。
实验设计:选用术后体内残余少量肿瘤的小鼠各5只作为实验对象,分别注射不含任何膜成分的对照组、mT组、OMV组和mTOMV组,观察不同时间范围内小鼠体内肿瘤的发光成像。
结果显示:在手术后20天,对照组的肺部位置有明显的发光;在23天时,除mTOMV组外,其他组中均开始出现生物发光信号。结果显示了mTOMV能够激发小鼠机体对术后残留肿瘤组织的抑制作用。
(B) 肺组织的H&E(苏木精-伊红)染色图像,对(A)的定量分析,比例尺=20μm;
此外分别对小鼠的肿瘤组织中的自然杀伤(NK)细胞(NKG2D,CD11b)、DC细胞(CD80,CD86)和T淋巴细胞(CD3,CD8)进行了定量分析,结果显示mTOMV能够激发术后小鼠体内的免疫反应。
(G/H)流式细胞仪分析T淋巴细胞活化标志物CD8和CD4的表达及定量化分析;
图. mTOMV对切除后肿瘤的转移以及免疫反应的影像
3、动物实验—确定个性化免疫疗法对肿瘤异质性的作用
杂合膜构建主要目的是为了进行个性化的治疗以保证免疫效果,因此本部分实验主要想要验证构建的mTOMV是否可以针对杂合膜中所选择的肿瘤进行特异性的免疫治疗。
实验设计:选择4T1(杂合膜构建所选用的肿瘤)和CT26两个肿瘤模型,分别注射不含任何膜成分的对照组、mT组、OMV组和mTOMV组,观察不同时间范围内4T1肿瘤模型小鼠体内肿瘤的发光成像示意图、CT26肿瘤模型中肿瘤体积的变化和小鼠的体重变化。
结果显示:在4T1肿瘤模型中,相比与对照组、mT组、OMV组来看,mTOMV组的生物发光最弱,说明肿瘤最小,mTOMV对4T1的免疫效果最好;在CT26肿瘤模型中,对照组、mT组、OMV组、mTOMV组四组的小鼠肿瘤体积及小鼠体重均没有显著性差异,这表明mTOMV对CT26肿瘤并无影响。以上结果表明构建的mTOMV可以针对杂合膜中所选择的肿瘤进行特异性的免疫治疗。
(C) 实验期小鼠的体重(n=7);
图. 不同肿瘤模型中mTOMV的免疫效果
团队构建一种由OMV和mT组成的个性化肿瘤治疗混合囊泡系统mTOMV。其体外实验表明,mTOMV有效激活BMDC并增强BMDC的抗原摄取;活化的BMDC有助于脾淋巴细胞的成熟,并增加脾淋巴细胞的杀伤功能。体内实验显示,mTOMV能够积聚在淋巴结中、对术后残余的肿瘤有抑制转移和生长的作用,并且可以个性化的靶向同源肿瘤中去,证明了mTOMV在个性化免疫治疗中的优势。
附:
图. mTOMV构建成功的物理表征
排版:大大怪
医疗器械、新材料、人工智能;
一定技术壁垒