一种基于多功能二氧化锰纳米载药体系的肿瘤可视化免疫治疗新策略

Hypoxia represents a key microenvironmental stressor governing multiple phenomena associated with tumor progression such as proliferation, angiogenesis and metastasis. Hypoxia promotes not only the invasiveness of tumor cells, but also chemoresistance in cancer. Tumor associated macrophages (TAMs) residing at the site of hypoxic region of tumors have been known to cooperate with tumor cells, and promote proliferation and chemoresistance. Therefore, there is an urgent need for new strategies to alleviate tumor hypoxia and enhance chemotherapy response in solid tumors, we propose the activated DMH-MnO2 nanoparticle-based drug delivery systems. Herein, we expect to take advantage of high accumulation of TAMs in hypoxic regions of tumor, targeting delivery the chemotherapeutics and pro-tumoral M2 TAMs to pro-inflammatory antitumor M1 macrophages to lessen tumor hypoxia and modulate chemoresistance. In addition, the reaction of DMH-MnO2 nanoparticle-based drug delivery systems toward endogenous H2O2 will highly enhanced T1- and T2- MRI performance for tumor imaging and detection. Finally, we want to propose a novel strategy for tumor immunotherapy.

肿瘤缺血乏氧的微环境不仅促进肿瘤细胞的侵袭转移，同时增强肿瘤对化疗药物的耐药性，以致肿瘤治疗愈后较差，目前尚没有很好的肿瘤高效治疗策略方案。研究表明，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）富集在肿瘤缺血乏氧区域，在肿瘤细胞增殖、侵袭、转移、化疗耐药等肿瘤进展的各阶段发挥重要作用，基于前期研究，我们提出一种肿瘤治疗新策略，设计可激活多功能阿霉素-甘露糖-透明质酸-二氧化锰纳米载药体系（DMA-MnO2 NPs），以期实现探针靶向TAMs递送至肿瘤缺血乏氧区域，并诱导TAMs表型变化为肿瘤杀伤抑制的M1型巨噬细胞，实现探针激活响应，改善肿瘤缺血乏氧及酸性微环境，增强靶向递送药物阿霉素对肿瘤的治疗效果，释放的Mn2+实现肿瘤磁共振增强显像。本课题将从分子、细胞、组织及动物等多个水平探讨此纳米探针治疗体系诱导TAMs表型变化及改善肿瘤乏氧以增强化疗疗效的作用机制，以期为肿瘤的可视化免疫治疗提供新思路。

缺血乏氧作为肿瘤微环境的重要特征之一，不仅能够促进肿瘤细胞的侵袭转移，还能增强肿瘤组织对化疗药物的耐药性。肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated macrophages，TAMs）作为肿瘤微环境的重要功能细胞，通常在肿瘤微环境之中浸润，富集在肿瘤缺血乏氧区域，在肿瘤细胞增殖、侵袭、转移、化疗耐药等肿瘤进展的各个阶段均发挥重要作用。鉴于此，本项目提出一种新型肿瘤治疗策略，以期在改变肿瘤微环境的同时，增强实体瘤对化学治疗的疗效。本项目利用TAMs富集在肿瘤缺血乏氧区域的特点，设计合成多功能阿霉素-甘露糖-透明质酸-二氧化锰纳米载药体系（DMH-MnO2 NPs），通过靶向TAMs，将DMH-MnO2 NPs靶向递送到肿瘤缺血乏氧区域，利用DMH-MnO2 NPs与双氧水（Hydrogen peroxide，H2O2）高效响应生成氧气（O2）和调节肿瘤微环境pH值的能力，显著改善肿瘤部位乏氧、酸性微环境。另外，MnO2纳米粒子上修饰的透明质酸（HA），具有诱导TAMs表型转化的功能，HA可以诱导TAMs表型由抑制炎症辅助肿瘤进展功能的M2型巨噬细胞转化为具有致炎和肿瘤杀伤抑制功能的M1型巨噬细胞。表型转化后的M1型巨噬细胞释放出大量H2O2，不仅对肿瘤有杀伤作用，而且在肿瘤缺血乏氧的酸性环境下与DMH-MnO2 NPs快速响应释放出大量O2，有效缓解肿瘤的乏氧状态，同时消耗H+，改善肿瘤组织的酸性微环境。实验结果显示通过改善肿瘤的微环境，肿瘤缺氧诱导因子-lα（HIF- lα）和血管内皮生长因子（VEGF）表达下调，肿瘤的生长和发展被有效抑制。同时，肿瘤给氧治疗的方法还可以显著提高肿瘤化学治疗的疗效。研究发现，与单纯采用阿霉素（Dox）进行化疗相比，荷瘤小鼠尾静脉注射DMH-MnO2 NPs，可以显著减小肿瘤体积及提高其ADC值。同时，DMH-MnO2 NPs可以作为一种微环境响应磁共振分子影像探针，能够对肿瘤进行定位和诊断。磁共振低信号的DMH-MnO2 NPs，在肿瘤组织的缺血乏氧区域与内源性H2O2响应后，释放Mn2+，在特定部位反应为具有磁共振增强作用的Mn2+，能够显著提高肿瘤纵向弛豫率r1和横向弛豫率r2，增强肿瘤部位的纵向弛豫及横向弛豫加权磁共振成像效果。