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南開史林啟、天工大馬飛賀《Small Methods》:Holdase/Foldase模擬納米分子伴侶改善基于抗體的癌癥免疫療法
2022-10-19  來源:高分子科技

  基于單克隆抗體(mAbs)的癌癥免疫療法,包括免疫檢查點(diǎn)阻斷(ICB)和免疫刺激療法,是一種強(qiáng)大的癌癥治療策略。盡管取得了各種成功,但嚴(yán)重的副作用,如脫靶效應(yīng)引起的一系列免疫相關(guān)不良事件(irAEs),酶降解引起的快速清除,以及免疫原性和與Fc-γ受體(FcγRs)的非特異性結(jié)合仍然是實(shí)現(xiàn)mAbs的全部潛力的巨大挑戰(zhàn)。因此,各種納米給藥系統(tǒng)已經(jīng)被研究來克服基于mAbs的癌癥免疫療法的局限性并提高其療效,根據(jù)貨物裝載方法,這些納米給藥系統(tǒng)可分為兩類,通過非共價(jià)相互作用裝載mAbs的物理封裝給藥系統(tǒng)和通過共價(jià)化學(xué)鍵裝載mAbs的化學(xué)結(jié)合給藥系統(tǒng)。前者通常將mAbs裝入納米給藥系統(tǒng)的內(nèi)部空間,從而保護(hù)mAbs免受酶降解、非特異性結(jié)合和免疫毒性引起的脫靶效應(yīng)。后者一般將mAbs負(fù)載在納米粒子表面,可以時(shí)空傳遞多種類型的mAbs,實(shí)現(xiàn)多途徑靶向。然而,在某種程度上,納米粒子表面的暴露型mAbs也面臨著與游離型mAbs相同的局限性。因此,迫切需要能夠協(xié)同和時(shí)空傳遞多種類型的mAbs的納米平臺(tái),同時(shí)能夠克服游離型或暴露型mAbs的局限。受天然保持酶/折疊酶(holdase/foldase)分子伴侶的工作機(jī)制和功能的啟發(fā),他們注意到holdase的功能(屏蔽折疊蛋白的激活和降解)對(duì)于降低mAbs的免疫毒性和延長(zhǎng)半衰期;foldase的功能(幫助非天然蛋白在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間正確折疊)對(duì)于mAbs在體內(nèi)的目標(biāo)部位發(fā)揮作用是可取的。


  基于以上分析,南開大學(xué)史林啟教授和天津工業(yè)大學(xué)馬飛賀研究員團(tuán)隊(duì)在《Small Methods》期刊上發(fā)表了題為“Holdase/Foldase Mimetic Nanochaperone Improves Antibody-Based Cancer Immunotherapy的文章(DOI: 10.1002/smtd.202201051。該工作針對(duì)克服治療性抗體的局限性,開發(fā)了一種合理設(shè)計(jì)的基于混合殼聚合物膠束(MSPM)的holdase/foldase模擬納米分子伴侶(H/F-nChap),用于協(xié)同和時(shí)空傳遞抗CD16抗體(αCD16)和抗PDL1抗體(αPDL1以及雷西莫德(R848),以改善癌癥免疫治療(1)。αCD16αPDL1被連接到由H/F-nChap的疏水微域組成的pH響應(yīng)性聚(β-氨基酸)(PAE)鏈的末端,以協(xié)同激活自然殺傷細(xì)胞(NK)細(xì)胞和阻斷PD-1/PD-L1的免疫抑制途徑。PAE鏈在生理?xiàng)l件下(pH = 7. 4塌縮并在膠束核心上形成疏水微域,這使得納米分子伴侶呈現(xiàn)holdase活性(H-nChap),在正常組織和血液中隱藏和保護(hù)mAbs,從而避免酶降解、非特異性結(jié)合和脫靶效應(yīng)引起的免疫毒性。一旦納米分子伴侶到達(dá)腫瘤組織(pH = 6.5),PAE鏈就會(huì)變成親水并伸展出來,使其呈現(xiàn)foldase活性(F-nChap),暴露mAbs并釋放R848,從而促進(jìn)NK細(xì)胞的激活阻斷PD-1/PD-L1通路。此外,F-nChap可以增強(qiáng)NK細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的相互作用,從而大大提高抗腫瘤的功效。因此,H/F-nChap不僅延長(zhǎng)了血循環(huán),降低了mAbs的免疫毒性,而且還增強(qiáng)了基于mAbs的聯(lián)合免疫療法的療效,為實(shí)現(xiàn)改善基于抗體的癌癥免疫療法提供了一個(gè)有希望的平臺(tái)。


1. H/F-nChap改善基于抗體的癌癥免疫療法的示意圖。


  研究人員首先以自組裝的方法制備了H/F-nChap2a),在不同的pH條件下,PAE鏈的去質(zhì)子化/質(zhì)子化所引起的可逆的疏水/親水轉(zhuǎn)化使MSPM具有holdase/foldase般的活性。動(dòng)態(tài)光散射(DLS和靜態(tài)光散射(SLS)的測(cè)定證實(shí)了MSPM對(duì)mAbs的隱藏/暴露效果2b, c。ELISA測(cè)定的不同條件下mAbsFc結(jié)構(gòu)域的濃度,與蛋白酶KPK孵育后的降解情況,以及pH 7.4條件下抗原抗體親和力的變化證明了H/F-nChapholdase活性,將mAbs隱藏在疏水性微域中能保護(hù)mAbs,有效抑制mAbs的脫靶作用和被蛋白酶降解2d-f)。接下來,H/F-nChapfoldase作用通過測(cè)量在pH 6.5時(shí)抗原抗體親和力,共聚焦顯微鏡和流式細(xì)胞儀分析進(jìn)行研究,結(jié)果證明H/F-nChap可以響應(yīng)pH值的變化而mAbs暴露從而恢復(fù)mAbs的抗原結(jié)合活性g-j)。


  體內(nèi)結(jié)果證明H/F-nChap改善了mAbs的藥代動(dòng)力學(xué)并降低了免疫毒性(3b)。使用B16F10腫瘤攜帶的小鼠模型進(jìn)一步評(píng)估體內(nèi)抗腫瘤免疫功效,顯示雙特異性H/F-nChapR848@Bi-MSPM)具有最好的腫瘤抑制效果,證實(shí)了時(shí)空調(diào)節(jié)NK細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間相互作用的重要性,R848@Bi-MSPM可以有效地促進(jìn)NK細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)的接觸,同時(shí)保持親本R848、αCD16αPDL1的免疫調(diào)節(jié)特性3a ,c, d)。接下來,通過評(píng)估不同組別處理的小鼠腫瘤的免疫炎性微環(huán)境研究了雙特異性H/F-nChap增強(qiáng)抗腫瘤免疫活性的機(jī)制。結(jié)果證明R848@BiMSPM治療的小鼠檢測(cè)到最高水平的腫瘤浸潤(rùn)性NK細(xì)胞CD49+)以及增加了NK細(xì)胞表面激活受體CD107aCD226的表達(dá)(3e-g)。高效的NK細(xì)胞激活和促炎細(xì)胞因子水平的提高可以進(jìn)一步激活下游的適應(yīng)性免疫系統(tǒng),因此檢測(cè)腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞中T細(xì)胞群增殖結(jié)果發(fā)現(xiàn)R848@BiMSPM治療的小鼠的腫瘤組織中CD8+ T細(xì)胞和CD4+ T細(xì)胞的百分比明顯增加(3h, i)。這些結(jié)果表明,H/F-nChap平臺(tái)可以有效地結(jié)合NK細(xì)胞的激活和ICB,并促進(jìn)NK細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的攻擊,以及激活后續(xù)的適應(yīng)性免疫,從而提高基于抗體的癌癥免疫治療。


圖2. H/F-nChap在體外對(duì)mAbs的隱藏和暴露作用。


3. H/F-nChap的體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)和抗腫瘤效率分析。


  論文的第一作者為南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院的博士研究生張泳欣。南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院史林啟教授和天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馬飛賀研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。


  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202201051

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