弗吉尼亚理工学院和州立大学的研究人员开发了一种新方法，利用免疫刺激细胞因子蛋白作为潜在的免疫疗法。与以前的方法不同，新技术可确保与微粒相连的细胞因子在肿瘤内有效定位数周，最大限度地减少全身暴露，同时保留细胞因子的结构和活性。在多种难以治疗的小鼠癌症模型中，使用粒子锚定细胞因子与免疫检查点阻断(ICB)免疫疗法相结合的治疗导致肿瘤消退，并引发针对肿瘤再攻击的全身抗肿瘤免疫。联合治疗比单独治疗更有效。

在肿瘤模型中使用颗粒结合细胞因子安全地增强免疫治疗

“当体内存在肿瘤时，癌细胞就会使体内的免疫细胞失活，”研究共同负责人、化学工程副教授童荣博士解释道。“FDA批准的检查点阻断抗体有助于‘解除肿瘤对免疫细胞的刹车’，而细胞因子分子‘踩油门’以启动免疫系统并让免疫细胞大军对抗癌细胞。这两种方法共同作用来激活免疫细胞。”

Tong与共同领导者、材料科学与工程副教授Wenjun“Rebecca”Cai博士及其同事在ScienceAdvances上发表了一篇题为“非共价粒子锚定细胞因子与长期肿瘤保留安全地引发”的论文，报告了他们的进展。强大的抗肿瘤免疫力。”该团队在报告中总结道：“总的来说，我们的结果表明，我们的配方策略提供了一个平台，可能适用于许多有效的细胞因子和蛋白质疗法，可以安全地协调对实体瘤的充分免疫攻击，以改善实体瘤的临床管理。癌症。”

根据弗吉尼亚理工大学团队引用的美国癌症协会统计数据，仅去年一年，美国就有超过60万人死于癌症。目前的癌症治疗，例如化疗，无法区分健康细胞和癌细胞。当癌症患者接受化疗时，治疗会攻击他们体内的所有细胞，这可能会导致脱发和疲劳等副作用。

刺激身体的免疫系统攻击肿瘤是治疗癌症的一种有前途的替代方法。尽管免疫检查点阻断(ICB)疗法已被证明可以在临床上对多种癌症提供长期缓解，但作者指出，“……它对许多免疫细胞浸润不良的肿瘤(称为免疫细胞)无效”。排除或免疫冷肿瘤。人们一直在积极寻求能够引发先天性和适应性免疫反应的联合免疫疗法来治疗免疫冷肿瘤。”

细胞因子是免疫刺激剂，有可能用于增强这些肿瘤的免疫治疗。细胞因子是小蛋白质分子，充当细胞间生化信使，由人体免疫细胞释放以协调其反应。作者表示：“促炎细胞因子，如IL-2和IL-12，可以刺激先天性和适应性免疫细胞，并可以通过放大和协调免疫细胞反应来与其他免疫疗法产生协同作用，以克服免疫抑制性肿瘤微环境(TME)。”然而，利用细胞因子进行抗癌治疗具有挑战性。虽然细胞因子的传递可以启动肿瘤中的免疫细胞，但过度刺激健康细胞可能会导致严重的副作用。

“细胞因子在刺激免疫细胞消除癌细胞方面非常有效，”Tong补充道。“问题是它们非常强大，如果它们在体内自由游动，就会激活它们遇到的每个免疫细胞，这可能会导致过度活跃的免疫反应和潜在的致命副作用。”作者评论道：“临床前研究表明，免疫刺激性细胞因子可引发抗肿瘤免疫反应，但其临床应用受到全身给药后严重免疫相关不良事件的限制。”

(站立者，左起)童荣，化学工程系副教授;Wenjun“Rebecca”Cai，材料科学与工程副教授;张恩瑜;和子玉霍聚集在牛立前(坐)周围，牛立前正在使用用于分析肿瘤细胞因子水平的Luminex200机器。

(站立者，左起)童荣，化学工程系副教授;Wenjun“Rebecca”Cai，材料科学与工程副教授;张恩瑜;和子玉霍聚集在牛立前(坐)周围，牛立前正在使用用于分析肿瘤细胞因子水平的Luminex200机器。[弗吉尼亚理工大学HaileyWade摄]

Tong、Cai和同事希望在杀死体内癌细胞和保护健康细胞之间找到平衡。“科学家不久前确定细胞因子可用于激活和对抗肿瘤，但他们不知道如何将它们定位在肿瘤内部，同时又不向身体其他部位暴露毒性，”童说。“化学工程师可以从工程方法来看待这一问题，并利用他们的知识来帮助完善和提高细胞因子的有效性，以便它们能够在体内有效地发挥作用。”

为了实现这一目标，研究人员利用他们的专业知识创造了具有独特尺寸的特殊微粒，有助于确定药物的去向。这些微粒被设计为在注射到体内后留在肿瘤环境中。蔡和她的学生致力于测量这些颗粒的表面特性。

“在材料科学与工程领域，我们研究材料的表面化学和机械行为，例如为本项目创建的特殊颗粒，”蔡说。“表面工程和表征以及粒径在控制药物输送、确保延长药物存在和持续治疗效果方面发挥着重要作用。”

为了确保成功的药物输送，Tong和他的化学工程学生设计了一种新策略，将细胞因子锚定到这些新的微粒上，限制细胞因子对健康细胞的伤害，但仍然允许粒子锚定的细胞因子启动免疫系统并招募免疫系统。细胞攻击癌细胞。他们的策略涉及将市售的Fc融合细胞因子非共价锚定到用Fc结合肽修饰的颗粒表面。

临床前研究表明，颗粒锚定的细胞因子在肿瘤中积累，同时在小鼠中表现出最小的全身毒性。研究人员表示：“将这些颗粒注射到肿瘤中，可以延长细胞因子在肿瘤中的保留时间，同时具有最小的全身毒性，并且保留时间取决于颗粒大小。”然后，他们将细胞因子微粒与FDA批准的市售检查点封锁抗体结合起来，有效地重新激活已被沉默的肿瘤免疫细胞，从而抵抗癌细胞。

对各种同基因肿瘤模型和基因工程小鼠肿瘤模型的研究证实，瘤内施用检查点抗体与颗粒锚定的IL-12(P-IL-12)和IL-15(P-IL-15)细胞因子组合可有效消除肿瘤，增强免疫排斥肿瘤的抗肿瘤免疫力，包括难以治疗的基因工程小鼠模型。研究人员指出，“对检查点抑制剂产生耐药性的一个主要因素是肿瘤中缺乏T细胞和NK细胞等肿瘤浸润免疫细胞。”“在这项研究中，我们证明，IL-12和IL-15在肿瘤中的长期存在会诱导CD8+T细胞和NK细胞的大量涌入……我们的结果表明，IL-12和IL-15信号传导可以帮助重振肿瘤细胞的活力。耗尽CD8+T细胞进入ICB抗体反应状态，从而产生持久的抗肿瘤免疫力和免疫记忆。”

Tong表示：“我们的策略不仅可以最大限度地减少细胞因子对健康细胞造成的伤害，还可以延长细胞因子在肿瘤内的保留时间。这有助于促进免疫细胞的招募以进行有针对性的肿瘤攻击。”该团队进一步报告说，“4T1乳腺肿瘤模型中的再挑战研究表明，我们的联合疗法产生了持久的抗肿瘤免疫记忆，以控制播散性转移。”请注意，选择此处研究的同基因小鼠肿瘤模型(4T1和B16F10)是因为它们对ICB抗体治疗具有抵抗力。”4T1是乳腺癌小鼠模型，B16f10是黑色素瘤模型。

研究人员希望，它们对免疫疗法的影响是朝着对健康细胞无害的癌症治疗方法迈进的一部分。他们表示：“鉴于Fc细胞因子易于获取，我们的配方提供了一种简单、通用的策略，可以提供有效的免疫刺激细胞因子，以最小的全身毒性诱导持久的抗肿瘤免疫。”“我们的配方策略提供了一种安全且与肿瘤无关的方法，将细胞因子的免疫刺激特性与其全身毒性分开，以用于潜在的临床应用。”

研究小组表示，将细胞因子附着在颗粒上的新方法将来也可用于提供其他类型的免疫刺激药物。“研究人员仍在寻找更安全、更有效的癌症治疗方法，”童说。“这种动机促使我们在该领域开发新技术。用于启动免疫系统对抗癌细胞的整类药物基本上尚未成功。我们的目标是创造新颖的解决方案，使研究人员能够使用FDA批准的现有疗法来测试这些药物，确保安全性和增强疗效。”

蔡说，癌症治疗研究的性质需要跨工程学科的专业知识。“我认为这个项目是化学工程和材料科学之间的完美结合。前者侧重于合成和药物输送部分，后者侧重于应用先进材料表征。此次合作不仅加速了免疫治疗研究，而且有能力改变癌症治疗。”