CN114681618A - 一种治疗肿瘤的靶向递送系统及其构建方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种治疗肿瘤的靶向递送系统及其构建方法和应用。治疗肿瘤的靶向递送系统为包裹了基因工程化细菌产生的抗肿瘤活性药物的外膜小泡OMVsFlaB;所述的外膜小泡OMVsFlaB也是由基因工程化细菌分泌的。本发明细菌分泌的OMVsFlaB通过其与中性粒细胞相互识别、靶向肿瘤区及肿瘤周边区的作用,通过中性粒细胞在肿瘤区释放出的OMVsFlaB直接被识别、内吞进入肿瘤细胞进而在肿瘤细胞中直接发挥FlaB的肿瘤免疫调节作用,展现一种全新的抗肿瘤模式。
Description
技术领域
本发明属于医学分子生物学领域,具体涉及一种治疗肿瘤的靶向递送系统及其构建方法和应用。
背景技术
近年来,以微生物为基础的肿瘤微环境免疫治疗因其对宿主细胞的靶向作用而受到密切关注。目前,革兰氏阴性菌与化疗药物的联合治疗已成为近年来抗肿瘤免疫治疗的研究热点。沙门氏菌是一种兼性厌氧的革兰氏阴性菌,具有对肿瘤天然的靶向性及抗肿瘤特性,可以主动靶向肿瘤乏氧区定植。其抗肿瘤活性基于病原体相关分子模式(PAMP)触发的促炎因子的释放以及招募免疫细胞激活免疫,同时,肿瘤的缺氧环境可能有利于沙门氏菌的生长,因为沙门氏菌可以在缺氧环境中激增。此外,肿瘤细胞的坏死也可能为沙门氏菌的生长、增殖提供充足的营养,如嘌呤,这有助于鼠伤寒杆菌的繁殖。
然而,用沙门氏菌治疗黑色素瘤的I期临床试验中发现部分黑色素瘤患者给予沙门氏菌后,沙门氏菌在肿瘤组织中的定植量少,还有部分肿瘤在短暂的抑制效应减弱后加速生长,患者未发现明显受益,该研究认为是机体自身的抗感染免疫会阻碍沙门氏菌的抗肿瘤效果,这一结论也在动物实验中得到证实。沙门氏菌临床试验的失败与机体固有的免以中性粒细胞为主的抗感染免疫防御有关,沙门氏菌可通过PAMP模式被中性粒细胞识别、摄取并清除。因此,沙门氏菌在肿瘤区的定植减少、抗肿瘤效应显著减弱。此外,沙门氏菌本身对组织细胞的毒性作用也是导致临床试验疗效不佳的重要原因。
细菌本身也会分泌一种“外泌体”叫外膜小泡(OMVs),OMVs上存在与其来源细菌相同的PAMP模式,可以被中性粒细胞识别、摄取,进而靶向肿瘤细胞,同比之OMVs靶向疗法的毒副作用远小于直接静脉注射沙门氏菌的疗法。利用OMVs偶联药物用于靶向治疗的技术已经出现,但是,还没有利用基因工程改造细菌直接表达治疗活性物质,并被细菌分泌的OMVs内吞包裹制备靶向治疗药物的报道。
FlaB是鞭毛最重要的组成部分,是抗癌免疫治疗的极佳佐剂,因为它通过Toll样受体5(TLR5)信号通路激活先天免疫反应,可以激活固有免疫系统,并且可以极化巨噬细胞,使得肿瘤相关巨噬细胞从M2向M1极化,对改善肿瘤免疫微环境,发挥抗肿瘤疗效有重要作用。
发明内容
本发明的目的是构建一种既能减少化疗药物毒副作用、加强靶向性,又能加强对肿瘤周边区瘤细胞杀伤作用的靶向化疗新药物,或者说递送系统。
一种治疗肿瘤的靶向递送系统,为包裹了基因工程化细菌产生的抗肿瘤活性药物的外膜小泡OMVsFlaB;所述的外膜小泡OMVsFlaB也是该基因工程化细菌分泌的。
所述的基因工程化细菌包括沙门氏菌,尤其是减毒工程化沙门氏菌ΔppGpp(购于金斯瑞生物科技有限公司)。ΔppGpp菌株是通过删除relA和spoT基因来达到减毒的沙门氏菌株。所述的治疗肿瘤的靶向递送系统,基因工程化沙门氏菌中转染了抗肿瘤活性药物表达质粒。
所述的治疗肿瘤的靶向递送系统,抗肿瘤活性药物包括FlaB。
所述的治疗肿瘤的靶向递送系统,OMVsFlaB的大小为20nm-300nm。
本发明的第二个目的是提供所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的构建方法,包括以下步骤:
1)减毒工程化沙门氏菌中转染抗肿瘤活性药物表达质粒;
2)提取包裹了抗肿瘤活性药物的OMVsFlaB。
所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的构建方法,将转染了抗肿瘤活性药物表达质粒的减毒工程化沙门氏菌液体培养过夜,离心,取上清液,滤网过滤,去除母菌残屑和其他污染物;用超滤管浓缩上清液,沉淀用磷酸盐缓冲液洗涤,得到粗OMVsFlaB;4℃下用密度梯度法超离心得到纯化后的OMVsFlaB。
进一步地,所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的构建方法,将转染了抗肿瘤活性药物表达质粒的减毒工程化沙门氏菌接种到灭菌的LB中,在37℃,200rpm摇动培养过夜;4℃,5000rpm离心10min,取上清液,用0.22mm滤网过滤,去除母菌残屑和其他污染物;用100kDa超滤管浓缩上清液,沉淀用磷酸盐缓冲液洗涤2次,得到粗OMVsFlaB;4℃下用密度梯度法200000rpm超离心2h,得到纯化后的OMVsFlaB。
本发明的第三个目的是提供所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的应用方法,用于制备治疗和靶向肿瘤的药物。
本发明治疗肿瘤的靶向药物递送系统,包括但不限于减毒工程化沙门氏菌中提取纯化的OMVsFlaB,OMVsFlaB大小在20-300nm之间,是细菌细胞的一种多样的分泌和运输机制,其还携带一系列免疫原性分子,如LPS、鞭毛蛋白和肽聚糖,这些分子通过Toll受体刺激宿主免疫系统。中性粒细胞可通过识别OMVsFlaB表面的PAMP感知并摄取OMVsFlaB,使其可搭载中性粒细胞靶向肿瘤区及肿瘤周边区。
本发明细菌分泌的OMVsFlaB是具有相似病理活性的纳米级亲本细菌的模拟物。由于OMVsFlaB不能复制增殖,与活的或弱化的细菌相比,潜在的毒性问题也更少。
本发明OMVsFlaB可通过PAMP模式被中性粒细胞识别、摄取,可随中性粒细胞归巢靶向微肿瘤和肿瘤周边区,再由中性粒细胞释放出OMVsFlaB中的免疫活性物质FlaB,进而被肿瘤细胞摄取,发挥细胞内作用。与传统靶向疗法相比,加强了对肿瘤周边区及微肿瘤区肿瘤细胞的杀伤作用。
OMVs含有大量的细菌成分,通过基因工程改造的细菌,也可以通过OMVs分泌抗体等生物合成的药物,使得这些OMVs可以在肿瘤区域持续释放。通过设计细菌产生天然活性免疫调节药物FlaB,后通过提取工程化沙门氏菌的外泌体囊泡(OMVsFlaB),使得在细菌自分泌外泌体囊泡的过程中,免疫调节药物就已经被包裹入细菌囊泡内,形成天然的包含治疗免疫调节药物的OMVsFlaB,然后OMVsFlaB通过PAMP(病原分子相关识别模式)模式识别肿瘤区及肿瘤周边区域的中性粒细胞,与中性粒细胞表面的TOLL4受体结合,被带入到肿瘤区域,进行抗肿瘤治疗。
总之,本发明细菌分泌的OMVsFlaB通过其与中性粒细胞相互识别、靶向肿瘤区及肿瘤周边区的作用,通过中性粒细胞在肿瘤区释放出的OMVsFlaB直接被识别、内吞进入肿瘤细胞进而在肿瘤细胞中直接发挥FlaB的肿瘤免疫调节作用,展现一种全新的抗肿瘤模式。
附图说明
图1为本发明构建的可表达FlaB的质粒。
图2为WB鉴定工程化沙门氏菌分泌OMVsFlaB内含有FlaB。
图3为本发明构建的OMVsFlaB的透射电镜(TEM)图。
图4为体内验证证明OMVsFlaB对于肿瘤的靶向性。
图5为体外提取中性粒细胞,证明OMVsFlaB在体外对于中性粒细胞有靶向性。
图6为验证证明OMVsFlaB抗肿瘤治疗相对于其他治疗有更好的治疗效果(黑色素瘤模型)。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明,而非限制本发明。
1)工程化沙门氏菌的设计,选择减毒工程化沙门氏菌ΔppGpp,通过设计药物质粒,构建出可表达FlaB的质粒,具体设计方案如附图1所示。
减毒工程化沙门氏菌ΔppGpp和可表达FlaB的质粒均购自于金斯瑞生物科技有限公司。
2)通过热激法,将可表达FlaB的质粒转染至减毒工程化沙门氏菌ΔppGpp体内,合成工程化减毒沙门氏菌ΔppGppFlaB,将工程化减毒沙门氏菌培养至对数生长期,并通过高速离心提取OMVs,将OMVs提取纯化后破膜,通过WB鉴定工程化沙门氏菌分泌OMVs内是否含有FlaB,见附图2。
3)OMVsFlaB的分离、纯化和鉴定。从转染了表达FlaB质粒的减毒工程化沙门氏菌ΔppGpp中提取OMVsFlaB,首先接种到灭菌的1000ml LB中,在37℃,200rpm摇动培养过夜。4℃,5000rpm离心10min,取上清液,用0.22mm滤网过滤,去除母菌残屑和其他污染物。用100kDa超滤管(Millipore Amicon)进一步浓缩上清液,沉淀用磷酸盐缓冲盐水(PBS)洗涤2次,得到粗OMVsFlaB。4℃下用密度梯度法200000rpm超离心2h,得到纯化后的OMVsFlaB,-80℃保存。用BCA蛋白试剂盒检测OMVsFlaB浓度。透射电镜(TEM)观察OMVsFlaB的形态,见附图3。采用动态光散射(DLS)方法测量OMVsFlaB尺寸。
图4为体内验证证明OMVsFlaB对于肿瘤的靶向性。
在C57老鼠皮下种植B16F10黑色素瘤皮下种植瘤模型,在肿瘤成瘤至1000mm3,尾静脉注射OMVsFlaB,连续注射三天后,取瘤子,冰冻切片荧光成像,肿瘤细胞(蓝色,DAPI),OMVsFlaB(红色)。通过免疫荧光的共定位显示,OMVsFlaB对肿瘤有良好的靶向性。
图5为体外提取中性粒细胞,证明OMVsFlaB在体外对于中性粒细胞有靶向性。
体外提取老鼠血液中的中性粒细胞,与PBS,OMVsFlaB共孵育,通过共聚焦显示,OMVsFlaB对于中性粒细胞有明显的靶向性,OMVsFlaB会识别中性粒细胞表面的TOLL4受体。
图6为验证证明OMVsFlaB抗肿瘤治疗相对于其他治疗有更好的治疗效果(黑色素瘤模型)。
将悬浮于PBS中的B16F10细胞(小鼠皮肤黑色素瘤细胞)接种于C57小鼠背部皮下(3×106细胞/只)。当肿瘤体积达到500mm3时,每组5只小鼠静脉分别注射(PBS、OMVs、FlaB、DOX(多柔比星,传统化疗药物)、OMVsFlaB),治疗后第20天记录肿瘤体积。肿瘤体积按以下公式计算:肿瘤体积=长×(宽)2/2。
本发明OMVsFlaB可通过PAMP模式被中性粒细胞识别、摄取,可随中性粒细胞归巢靶向微肿瘤和肿瘤周边区,再通过中性粒细胞释放出OMVsFlaB中的免疫活性物质FlaB,进而被肿瘤细胞摄取,发挥细胞内作用。与传统疗法相比,加强了对肿瘤周边区及微肿瘤区肿瘤细胞的杀伤作用。
Claims (9)
1.一种治疗肿瘤的靶向递送系统,其特征在于,为包裹了基因工程化细菌产生的抗肿瘤活性药物的外膜小泡OMVsFlaB;所述的外膜小泡OMVsFlaB也是该基因工程化细菌分泌的。
2.根据权利要求1所述的治疗肿瘤的靶向递送系统,其特征在于,所述的基因工程化细菌包括沙门氏菌,尤其是减毒工程化沙门氏菌。
3.根据权利要求1所述的治疗肿瘤的靶向递送系统,其特征在于,基因工程化沙门氏菌中转染了抗肿瘤活性药物表达质粒。
4.根据权利要求1所述的治疗肿瘤的靶向递送系统,其特征在于,抗肿瘤活性药物包括FlaB。
5.根据权利要求1所述的治疗肿瘤的靶向递送系统,其特征在于,OMVsFlaB的大小为20nm-300nm。
6.权利要求1-5任一项所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)减毒工程化沙门氏菌中转染抗肿瘤活性药物表达质粒;
2)提取包裹了抗肿瘤活性药物的OMVsFlaB。
7.根据权利要求6所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的构建方法,其特征在于,将转染了抗肿瘤活性药物表达质粒的减毒工程化沙门氏菌液体培养过夜,离心,取上清液,滤网过滤,去除母菌残屑和其他污染物;用超滤管浓缩上清液,沉淀用磷酸盐缓冲液洗涤,得到粗OMVsFlaB;4℃下用密度梯度法超离心得到纯化后的OMVsFlaB。
8.根据权利要求6所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的构建方法,其特征在于,将转染了抗肿瘤活性药物表达质粒的减毒工程化沙门氏菌接种到灭菌的LB中,在37℃,200rpm摇动培养过夜;4℃,5000rpm离心10min,取上清液,用0.22mm滤网过滤,去除母菌残屑和其他污染物;用100kDa超滤管浓缩上清液,沉淀用磷酸盐缓冲液洗涤2次,得到粗OMVsFlaB;4℃下用密度梯度法200000rpm超离心2h,得到纯化后的OMVsFlaB。
9.权利要求1-5任一项所述的治疗肿瘤的靶向递送系统的应用方法,其特征在于,用于制备治疗和靶向肿瘤的药物。
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