基于“正反馈-多模式”治疗策略的仿生二维黑磷肿瘤精准递药系统研究

Based on the advantages of excellent photo-responsiveness, efficient drug loading and superior biocompatibility of the multifunctional two-dimensional material black phosphorus nanosheet (BPN), together with the capabilities of inflammation-mediated precise tumor-targeting, enhancing the stability of BPN and avoiding the host immune clearance of neutrophil membrane coating, this project innovatively designs a comprehensive treatment strategy of “light triggering-neutrophil membrane responding” positive-feedback amplification and “photothermal, photodynamic and immuno therapies” multimodal synergy, and constructs a precise tumor-targeting drug delivery system of neutrophil membrane-camouflaged BPN, containing the core of drug-loaded BPN and the biomimetic shell of neutrophil membrane. The system can offer efficient loading and tumor-targeted delivery of TGF-β inhibitors, effectively reducing side effects of TGF-β systemic inhibition, can overcome the barriers of poor tumor-targeting, low stability and easy immune clearance of BPN as a drug carrier by neutrophil membrane coating, and can destroy local primary tumors and inhibit distant metastases for effective treatment of the intractable metastatic cancer based on “positive feedback-multimode” strategy. Above all, it can realize the research goals of tumor-targeted photoimmunotherapy with the TGF-β inhibitor-loaded BPN as a drug carrier, a photothermal agent and a photosensitizer, and has the important academic significance and application value.

本项目基于多功能二维材料黑磷纳米片（BPN）的优秀光响应性、高效药物荷载性和良好生物相容性优势，结合中性粒细胞膜包衣的炎症介导肿瘤精准靶向、增强BPN稳定性、躲避机体免疫清除等能力，创新设计一种“光触发-中性粒细胞膜响应”的正反馈放大和“光热/光动力-免疫疗法”的多模式协同的综合治疗策略，并构建中性粒细胞膜仿生BPN肿瘤精准递药系统（含载药BPN内核与中性粒细胞膜仿生外壳两部分）。该系统通过对TGF-β抑制剂的高效荷载和靶向递送，有效降低系统性抑制TGF-β产生的毒副作用；凭借中性粒细胞膜包衣可解决BPN作为药物载体的肿瘤靶向性差、稳定性低及易被免疫系统清除等问题；依据“正反馈-多模式”策略可摧毁局部原发肿瘤、抑制远端转移瘤，解决转移性恶性肿瘤难以有效治疗的问题，实现以BPN为核心载体（兼光热剂和光敏剂）协带TGF-β抑制剂进行肿瘤靶向光-免疫治疗的研究目标，具有重要学术意义和应用价值。

光-免疫疗法是近年来癌症免疫治疗的热点研究领域和重要发展方向之一。利用纳米技术构建一种可同时运载光热剂、光敏剂与免疫佐剂的靶向纳米递药系统是有效实现肿瘤光-免疫多模式联合治疗的关键。本项目基于氢键和静电相互作用将TGF-β抑制剂LY364947（LY）和聚乙烯亚胺（PEI）成功结合于黑磷纳米片（BPN）表面，构建BPN-PEI-LY纳米复合物。从小鼠外周血中分离中性粒细胞，并经流式细胞分选得到纯度为93.2%的中性粒细胞。激活中性粒细胞并提取细胞膜，挤出制备中性粒细胞膜纳米囊泡（NG）。采用共挤出法制备NG/BPN-PEI-LY纳米粒，在最佳投料比时纳米粒水合粒径为165.5 nm、多分散系数为0.186、Zeta电位为-27.2 mV。该纳米粒具有良好的分散稳定性、光热转化能力和光热稳定性，在酸性及808 nm激光照射条件下LY可有效从纳米粒中释放。NG/BPN-PEI-LY纳米粒可被4T1细胞高效摄取。在连续给药及激光照射治疗后，该纳米粒在HUVEC细胞的摄取量增加，且具有正反馈特征。经激光照射后，该纳米粒能显著增加4T1及HUVEC细胞内活性氧浓度，并有效杀伤两种细胞。静注的NG/BPN-PEI-LY纳米粒可高效靶向分布于肿瘤部位。在连续给药及激光照射治疗后，该纳米粒在肿瘤部位分布增加并使肿瘤部位温度升高，且具有正反馈特征；该纳米粒可有效提高瘤内CD4+ T细胞及CD8+ T细胞比例、降低调节性T细胞比例，显著抑制4T1原位肿瘤生长及其肺转移，并明显延长荷瘤小鼠生存期。综上所述，本项目基于“光触发-中性粒细胞膜响应”的正反馈放大和“光热/光动力-免疫疗法”的多模式协同治疗策略，所构建的中性粒细胞膜仿生BPN递药系统（NG/BPN-PEI-LY纳米粒）可摧毁局部原发肿瘤、抑制远端转移瘤，解决转移性恶性肿瘤难以有效治疗的问题，具有重要学术意义和应用价值。