疫苗作為有效控制傳染疾病的方法成功挽救了無數(shù)人的性命?;诘鞍踪|(zhì)的亞單位疫苗具有優(yōu)異的安全性和相對簡單的工藝流程。亞單位疫苗在體內(nèi)通常要經(jīng)過四步級聯(lián)反應(yīng),①疫苗被遞送到淋巴結(jié)②樹突細(xì)胞攝?、蹣渫患?xì)胞逐漸成熟④MHC-I多肽復(fù)合物刺激T細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性的CD8+ T 細(xì)胞。因此誘導(dǎo)有效的免疫激活反應(yīng)與每一步息息相關(guān),如何將每一步效率最大化是目前亟待解決的問題。介孔二氧化硅納米粒子MSNs)憑借其巨大比表面積、表面易于修飾、負(fù)電位以及表面親水的硅羥基等優(yōu)勢在疫苗遞送中引起了廣泛的關(guān)注。但也存在遞送效率差、抗原負(fù)載量較低等有待改進(jìn)的地方,并且介孔二氧化硅納米粒子的抗原交叉?zhèn)鬟f呈遞能力鮮有報(bào)道。

四川大學(xué)華西藥學(xué)院孫遜教授和高分子科學(xué)與工程學(xué)院張凌副教授合作首次研究了靶向淋巴結(jié)的MSNs粒子的孔徑對于免疫應(yīng)答的影響。通過探究不同孔徑的MSNs粒子的靶向、細(xì)胞攝取、呈遞以及免疫應(yīng)答的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同孔徑的MSNs對于前三步級聯(lián)反應(yīng)沒有明顯影響,但較大孔徑(12.9 nm)的介孔二氧化硅負(fù)載卵清蛋白之后具有最強(qiáng)的細(xì)胞免疫應(yīng)答,具有最好的抗腫瘤效果,有望在免疫治療和癌癥疫苗等領(lǐng)域得到進(jìn)一步的應(yīng)用。該項(xiàng)研究成果以題為“The pore size of mesoporous silica nanoparticles regulates their antigen delivery efficiency”發(fā)表在《Science Advances》(見文后全文鏈接)。

四川大學(xué)孫遜/張凌《Sci.Adv.》:納米粒子孔徑調(diào)節(jié)為免疫激活和癌癥治療提供新思路

【圖文解讀】

MSNs的制備與蛋白負(fù)載:研究者通過兩相合成法制備了粒徑在80 nm左右、孔徑分別為7.8 nm(MSNs-S)、10.3 nm(MSNs-M)和12.9 nm(MSNs-L)的介孔二氧化硅納米粒子。在抗原包覆和釋放實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)MSNs-L展現(xiàn)出最高89.6%的負(fù)載率,同時(shí)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和介孔二氧化硅較強(qiáng)的相互作用。

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圖1.介孔二氧化硅納米粒子的制備以及負(fù)載抗原之后引起免疫應(yīng)答的過程。

 

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圖2. 不同孔徑MSNs結(jié)構(gòu)的表征以及其負(fù)載和釋放卵清蛋白的能力。

 

MSNs-OVA的體外細(xì)胞攝取和抗原交叉呈遞:研究者選擇以較低細(xì)胞毒性的濃度作為研究對象,熒光測試表明三種MSNs-OVA-Cy5具有顯著性增強(qiáng)的細(xì)胞攝取能力,同時(shí)不同孔徑的粒子沒有明顯差異。隨后利用流式細(xì)胞儀檢測了抗原交叉?zhèn)鬟f相關(guān)復(fù)合物H-2Kb-SIINFEKL,結(jié)果表明將卵清蛋白負(fù)載到介孔二氧化硅中增強(qiáng)了DC細(xì)胞的攝取,溶酶體逃逸以及交叉呈遞。隨后通過檢測其對骨髓樹突狀細(xì)胞(BMDCs)成熟的影響,結(jié)果表明MSNs-OVA上調(diào)相關(guān)因子CD80和CD60的表達(dá),具有作為免疫佐劑的能力。

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圖3. MSNs-OVA的細(xì)胞攝取和抗原交叉呈遞能力。

 

MSNs-OVA體內(nèi)靶向和免疫激活:為了驗(yàn)證材料是否在體內(nèi)同樣具有靶向和激活相關(guān)免疫細(xì)胞的能力,研究者通過熒光成像發(fā)現(xiàn)MSNs-OVA-Cy5在注射10小時(shí)后熒光強(qiáng)度達(dá)到最大,而單獨(dú)的OVA熒光強(qiáng)度一直呈衰減趨勢。進(jìn)一步分析CD8a+CD11c+和CD11b+CD11c+細(xì)胞含有目標(biāo)熒光的數(shù)量,研究者發(fā)現(xiàn)不同孔徑的MSNs-OVA處理的結(jié)果沒有明顯差異,但都遠(yuǎn)高于單獨(dú)OVA的數(shù)量。

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圖4. MSNs-OVA的靶向能力試和淋巴結(jié)中DCs細(xì)胞激活測試。

 

MSNs-OVA免疫應(yīng)答:研究者在給小鼠注射納米粒子之后檢測其血液中IgG和IgG1相關(guān)抗體的表達(dá),結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同孔徑的二氧化硅可以增強(qiáng)OVA的免疫原性,并且和孔徑相關(guān),MSNs-L-OVA產(chǎn)生最強(qiáng)的免疫應(yīng)答,同時(shí)其誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子的能力最強(qiáng)。

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圖5. MSNs-OVA激活免疫反應(yīng)的能力。

 

MSNs-OVA抗腫瘤效果:MSNs-OVA可以促進(jìn)CD8+細(xì)胞產(chǎn)生FN-γ干擾素,因此具有一定的抗腫瘤能力。令人驚喜的是三種MSNs-OVA都具有增強(qiáng)的抑制腫瘤生長的能力,MSNs-L-OVA和MSNs-M-OVA都能較好的延長小鼠的存活時(shí)間,其中MSNs-L-OVA抑制腫瘤生長效果最佳。

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圖6. MSNs-OVA抗腫瘤能力測試。

 

【小結(jié)】

綜上所述,通過調(diào)控多孔二氧化硅納米粒子的孔徑來調(diào)控相應(yīng)細(xì)胞的免疫激活過程,MSNs-L-OVA在不需要其他免疫佐劑的條件就可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的抗腫瘤效果,MSNs-L為研究免疫激活和腫瘤疫苗提供了新思路。

原文鏈接:

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

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