CN115737830A - 一种时空差异化诱导肿瘤免疫原性死亡和增强抗原提呈的水凝胶疫苗及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医药技术领域,具体涉及一种时空差异化诱导肿瘤免疫原性死亡和增强抗原提呈的水凝胶疫苗及其制备方法和应用。本发明提供了一种装载GM‑CSFmRNA并嵌合Ce6的外泌体ExoGM‑CSF+Ce6,并将CCL21和外泌体ExoGM‑CSF+Ce6掺入由GelMA和粘土构成的水凝胶,制备协同诱导ICD和APC活化的水凝胶疫苗。所述水凝胶可在声动力的辅助下实现肿瘤细胞ICD和APC活化的协同,所述水凝胶临床应用前景广,具有显著特色和创新,有望革命性地改变肿瘤免疫治疗的方向,为提升肿瘤免疫治疗效果提供全新的视角。
Description
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,具体涉及一种时空差异化诱导肿瘤免疫原性死亡和增强抗原提呈的水凝胶疫苗及其制备方法和应用。
背景技术
癌症起源于上皮组织的恶性病变,是一个多因子、多步骤的复杂过程,其产生原因与吸烟、感染、职业暴露、环境污染、不合理膳食、遗传因素等密切相关。病变过程中,癌细胞的扩散可损害病变部位以外的细胞,并最终导致患者死亡。
癌症的治疗方法有手术治疗、化学治疗、放射治疗、免疫治疗等。手术治疗适用于早期或较早期的实体瘤,对于已经发生扩散转移的情况则无法根除全部癌细胞;化学治疗的药物大多没有专一性,对机体细胞产生无差别化的损害,在抑制、杀死癌细胞的同时,对于正常细胞也会产生严重伤害;放射治疗同样会对正常细胞产生损伤,导致明显的副作用。
肿瘤免疫治疗作为一种新的癌症治疗方式,为肿瘤治愈提供新的希望。尽管免疫治疗在结肠癌治疗中具有较好的应用前景,现有抗原性弱,甚至还会发生抗原性丢失进而发生耐药。因此,迫切需要寻找免疫治疗新策略。
发明内容
本发明的目的在于提供一种时空差异化诱导肿瘤免疫原性死亡和增强抗原提呈的水凝胶疫苗及其制备方法和应用,所述水凝胶协同诱导肿瘤细胞免疫原性死亡(ICD)和抗原呈递细胞(APC)活化,有望提升肿瘤免疫治疗效能。
本发明提供了一种装载GM-CSF mRNA的外泌体(ExoGM-CSF)。
本发明还提供了一种装载GM-CSF mRNA并嵌合Ce6的外泌体(ExoGM-CSF+Ce6)。
本发明还提供了上述外泌体(ExoGM-CSF+Ce6)的制备方法,包括以下步骤:将Gm-csf基因转化入外泌体供体细胞中,收集外泌体,得装载GM-CSF mRNA的外泌体ExoGM-CSF;
将Ce6与纯化的外泌体ExoGM-CSF混合孵育,离心去除上清,收集沉淀得装载GM-CSFmRNA并嵌合Ce6的外泌体ExoGM-CSF+Ce6。
优选的,所述外泌体供体细胞包括肿瘤细胞。
优选的,所述Ce6与纯化的外泌体ExoGM-CSF混合的质量比为1:2~1:3;
所述孵育为在37℃孵箱中孵育2h;
所述离心为利用4℃,12,000g离心30min。
本发明还提供了一种序贯诱导肿瘤细胞免疫原性死亡和增强抗原呈递细胞活化的水凝胶,所述水凝胶负载CCL21和上述外泌体ExoGM-CSF+Ce6。
本发明还提供了上述水凝胶的制备方法,包括以下步骤:将GelMA引发并溶解后,与Nanoclay混合,于50℃避光孵育2h,得GelMA/Nanoclay;
将GelMA/Nanoclay与上述外泌体(ExoGM-CSF+Ce6)和CCL21a混合均匀,在紫外光下照射30s,得水凝胶CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel。
优选的,所述紫外光的波长为405nm,功率为1W/cm2。
本发明还提供了上述外泌体ExoGM-CSF+Ce6或上述水凝胶在制备肿瘤免疫治疗疫苗和/或药物中的应用。
优选的,所述肿瘤免疫治疗疫苗和/或药物与声动力疗法结合使用。
有益效果:本发明提供了一种装载GM-CSF mRNA的外泌体ExoGM-CSF以及装载GM-CSFmRNA并嵌合Ce6的外泌体ExoGM-CSF+Ce6,并利用外泌体ExoGM-CSF+Ce6制备协同诱导ICD和APC活化的水凝胶。
本发明所述水凝胶可在声动力的辅助下实现肿瘤细胞ICD和APC活化的协同:1)CCL21趋化的肿瘤细胞吞噬外泌体并合成、释放GM-CSF(图2,图3);2)声动力诱导水凝胶中肿瘤细胞ICD(图4);3)GM-CSF募集并激活APC(图5)。通过时空分离实现肿瘤细胞杀伤和DC募集、活化,最终达到高效诱导ICD和APC活化的协同。
本发明将所述水凝胶应用于肿瘤的治疗中,水凝胶募集肿瘤细胞并局部杀死肿瘤细胞产生肿瘤抗原,避免了肿瘤组织免疫细胞浸润难的问题;水凝胶选择性募集肿瘤细胞,为清除术后残存肿瘤细胞以及循环中的肿瘤干细胞、释放肿瘤抗原提供了选择;声动力局部杀死肿瘤细胞,避免了系统放化疗对整个免疫的杀伤;通过水凝胶缓释CCL21和募集而来的细胞吞噬外泌体释放GM-CSF,人为造成了肿瘤细胞募集和免疫细胞募集的时间差,为选择性杀死肿瘤同时最大限度减少对免疫的损伤创造了时间窗;未被肿瘤细胞吞噬的外泌体同样可以被DC吞噬,持续发挥DC募集功能并提供抗原源。本发明所述水凝胶临床应用前景广,具有显著特色和创新,有望革命性地改变肿瘤免疫治疗的方向,为提升肿瘤免疫治疗效果提供全新的视角。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为复合水凝胶示意图;
图2为水凝胶中CCL21趋化CT26.WT-GFP细胞进入凝胶,图中None@nanoGel为nanoclay+Gelma复合水凝胶;CCL21@nanoGel为CCL21+nanoclay+Gelma复合水凝胶;
图3为肿瘤细胞吞噬外泌体后,合成并释放GM-CSF图,图中None是供体细胞上清液外泌体处理组,Ctrl是对照质粒转染的供体细胞培养基上清液外泌体处理组,GM-CSF为pcDNA3.1(-)-Csf2转染的供体细胞培养基上清液外泌体处理组;
图4为声动力诱导水凝胶中肿瘤细胞ICD结果图,图中G1,None@nanoGel;G2,CCL21/ExoCtrl@nanoGel;G3,CCL21/ExoCtrl+Ce6@nanoGel;G4,CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel;
图5为复合水凝胶治疗促进APC浸润结果图,图中G1,None@nanoGel;G2,CCL21/ExoCtrl@nanoGel;G3,CCL21/ExoCtrl+Ce6@nanoGel;G4,CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel;
图6为外泌体构建示意图;
图7为水凝胶构建示意图;
图8为外泌体粒径图,图中ExoCtrl是对照质粒转染的供体细胞培养基上清液外泌体,ExoGM-CSF为pcDNA3.1(-)-Csf2转染的供体细胞培养基上清液外泌体;
图9为CT26.WT结肠癌小鼠生存曲线,图中G1,None@nanoGel;G2,CCL21/ExoCtrl@nanoGel;G3,CCL21/ExoCtrl+Ce6@nanoGel;G4,CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel;
图10为4T1乳腺癌小鼠生存曲线,图中G1,None@nanoGel;G2,CCL21/ExoCtrl@nanoGel;G3,CCL21/ExoCtrl+Ce6@nanoGel;G4,CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel。
具体实施方式
本发明提供了一种装载GM-CSF mRNA的外泌体(ExoGM-CSF)。
本发明所述GM-CSF mRNA的Gene ID为NCBI Gene ID:12981。本发明通过基因工程的手段构建所述外泌体ExoGM-CSF,且在构建所述ExoGM-CSF前,将GM-CSF(Csf2)插入pcDNA3.1(-)中,构建与Csf2的融合表达载体pcDNA3.1(-)-Csf2,将pcDNA3.1(-)-Csf2转染到外泌体供体细胞中,收集外泌体。本发明实施例中将Csf2插入pcDNA3.1(-)的BamHI和HindⅢ之间。本发明对所述转染和外泌体的收集方法并没有特殊限定,利用本领域的常规方法进行即可。本发明所述外泌体供体细胞优选包括肿瘤细胞,可在外泌体上携带抗原。
本发明在收集得到外泌体后,还利用粒径分析、电镜对改造后外泌体大小进行分析,利用westernblot对外泌体表面marker进行验证。经验证,提取的外泌体粒径主要分布在80~150nm,粒径符合外泌体分布范围。蛋白检测显示外泌体中TSG101和CD9蛋白含量丰富,细胞中GM130含量丰富,外泌体中GM130含量极少,符合外泌体标志蛋白的分布规律。电镜图片显示拍摄到的外泌体直径大约为100nm,符合外泌体形态,结果表示成功提取到了纯度较高的外泌体,成功构建的外泌体命名为ExoGM-CSF。
本发明还提供了一种装载GM-CSF mRNA并嵌合Ce6的外泌体(ExoGM-CSF+Ce6)。
本发明所述Ce6为声敏剂,由于其亲脂性,可以通过共孵育方式直接将Ce6装载在外泌体的脂质双分子层上。在低频低强度超声的诱导下,Ce6受到激活从基态转变为激发态,作用于周围的氧分子产生大量的活性氧,最终导致肿瘤细胞死亡。SDT作为一种非侵入性的治疗方式,在穿透深部肿瘤的同时能够减少副作用的发生,在肿瘤治疗方面有巨大潜力。
本发明还提供了上述外泌体(ExoGM-CSF+Ce6)的制备方法,如图6所示,包括以下步骤:将csf2基因转化入外泌体供体细胞中,收集外泌体,得装载GM-CSF mRNA的外泌体ExoGM -CSF;
将Ce6与纯化的外泌体ExoGM-CSF混合孵育,离心去除上清,收集沉淀得装载GM-CSFmRNA并嵌合Ce6的外泌体ExoGM-CSF+Ce6。
本发明所述外泌体ExoGM-CSF的构建方法优选与上述相同,在此不再赘述。
本发明所述Ce6与纯化的外泌体ExoGM-CSF混合的质量比(此处所称质量比实际上为Ce6的质量与外泌体ExoGM-CSF的蛋白质量之间的比值)优选为1:2~1:3,并且在所述混合后进行孵育,所述孵育的温度优选为37℃,孵育的时间优选为2h;在所述孵育后进行4℃离心,所述离心的离心力优选为12,000g,离心的时间优选为30min。
本发明还提供了一种序贯诱导肿瘤细胞免疫原性死亡和增强抗原呈递细胞活化的水凝胶,所述水凝胶负载CCL21和上述外泌体ExoGM-CSF+Ce6。
在本发明中,CCL21/CCR7轴具有强大的肿瘤细胞募集功能,将肿瘤细胞募集到特定部位选择性杀伤,不仅能够提供抗原,而且不影响系统DCs功能,有望成为激活肿瘤免疫的新靶点。外泌体免疫原性低,是良好的纳米递药载体,可以装载核酸和蛋白等生物功能大分子。GM-CSF是对DCs调节作用最强的细胞因子,是增强免疫疗效的“助燃剂”。利用水凝胶3D支架结构负载携带GM-CSF mRNA的外泌体,其在受体细胞表达的GM-CSF可以原位募集宿主DCs并对其编程可诱导强大的抗肿瘤免疫效应。负载细胞因子和外泌体的水凝胶,释放细胞因子和外泌体具有完全独特的释放动力学特征,为水凝胶差异释放成分精细调控细胞生物学行为提供了新选择。
本发明还提供了上述水凝胶的制备方法,如图7所示,包括以下步骤:将GelMA引发并溶解后,与Nanoclay混合,于50℃避光孵育2h,得GelMA/Nanoclay;
将GelMA/Nanoclay与上述外泌体(ExoGM-CSF+Ce6)和CCL21a混合均匀,在紫外光下照射30s,得水凝胶CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel。
本发明所述引发并溶解优选包括首先将GelMA溶于0.25%(w/v)的引发剂LAP(Lithium Phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinat)中,在60℃~70℃避光水浴20~30min溶解。本发明所述GelMA与Nanoclay的添加质量比优选为0.1g:0.06g,于50℃避光孵育2h,得GelMA/Nanoclay。
本发明优选待所述GelMA/Nanoclay避光降至室温,加入外泌体ExoGM-CSF+Ce6和CCL21a,充分混匀后,将水凝胶前液在紫外光(405nm,1W/cm2)下照射30s,使其形成水凝胶。本发明实施例中,所述GelMA与外泌体以及CCL21a的质量个数比优选为0.1g:1×108个:100μg。
本发明还提供了上述外泌体ExoGM-CSF+Ce6或上述水凝胶在制备肿瘤免疫治疗疫苗和/或药物中的应用。
本发明所述肿瘤优选包括实体肿瘤,如乳腺癌、结肠癌,可应用于预防肿瘤、肿瘤治疗及对手术治疗后的再复发治疗。由于实体免疫细胞浸润难,原发灶切除后,残存肿瘤和循环肿瘤干细胞都是复发的主要原因,因此本发明所述水凝胶对这些细胞选择性杀死,是肿瘤治疗和肿瘤免疫成功的关键。
本发明所述肿瘤免疫治疗疫苗和/或药物优选与声动力疗法(频率:1MHz,超声强度:2.0W/cm2)结合使用。
为了进一步说明本发明,下面结合附图和实施例对本发明提供的一种时空差异化诱导肿瘤免疫原性死亡和增强抗原提呈的水凝胶及其制备方法和应用进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)购买CCL21,并将其稀释。
(2)富含GM-CSF的外泌体构建
通过基因工程的手段构建pcDNA3.1(-)与Csf2融合表达载体,然后将pcDNA3.1(-)-Csf2融合表达载体转染到外泌体供体细胞中(优选肿瘤细胞以携带抗原),收集外泌体;利用粒径分析、电镜对改造后外泌体大小进行分析,利用western blot对外泌体表面marker进行验证。提取的外泌体粒径主要分布在80-150nm,粒径符合外泌体分布范围(图8)。蛋白检测显示外泌体中TSG101和CD9蛋白含量丰富,细胞中GM130含量丰富,外泌体中GM130含量极少,符合外泌体标志蛋白的分布规律。电镜图片显示拍摄到的外泌体直径大约为100nm,符合外泌体形态,结果表示成功提取到了纯度较高的外泌体,成功构建的外泌体命名为ExoGM-CSF。
(3)ExoGM-CSF+Ce6的构建
10μl(15μg/μl)的Ce6与300μg纯化的ExoGM-CSF在37℃下孵育2小时后,12,000g离心30分钟,去除上清,沉淀即为ExoGM-CSF+Ce6。
(4)CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel水凝胶的制备
将0.1g GelMA溶于1ml含引发剂的PBS中,在60℃~70℃避光水浴20~30分钟溶解,加入0.06g Nanoclay,于50℃避光孵育2h。待GelMA/Nanoclay避光降至室温,加入1×108个外泌体ExoGM-CSF+Ce6,CCL21a 100μg,晃动均匀后,将水凝胶前液在紫外光(405nm,1W/cm2)下照射30s,使其形成水凝胶。
(5)CT26或4T1皮下荷瘤;
(6)荷瘤7天后,在瘤旁注射水凝胶;
(7)于注射水凝胶2天后,超声照射,每4小时照射一次,共3次;
(8)系统评估肿瘤免疫效果和肿瘤生长状态,发现该策略能激发良好的免疫,肿瘤生长显著减缓(图9,图10)。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述,但它仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例,这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种装载GM-CSF mRNA的外泌体。
2.一种装载GM-CSF mRNA并嵌合Ce6的外泌体。
3.权利要求2所述外泌体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将Gm-csf基因转化入外泌体供体细胞中,收集外泌体,得装载GM-CSF mRNA的外泌体ExoGM-CSF;
将Ce6与纯化的外泌体ExoGM-CSF混合孵育,离心去除上清,收集沉淀得装载GM-CSF mRNA并嵌合Ce6的外泌体ExoGM-CSF+Ce6。
4.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于,所述外泌体供体细胞包括肿瘤细胞。
5.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于,所述Ce6与纯化的外泌体ExoGM-CSF混合的质量比为1:2~1:3;
所述孵育为在37℃孵箱中孵育2h;
所述离心为利用4℃,12,000g离心30min。
6.一种序贯诱导肿瘤细胞免疫原性死亡和增强抗原呈递细胞活化的水凝胶,其特征在于,所述水凝胶负载CCL21和权利要求2所述外泌体。
7.权利要求6所述水凝胶的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将GelMA引发并溶解后,与Nanoclay混合,于50℃避光孵育2h,得GelMA/Nanoclay;
将GelMA/Nanoclay与权利要求2所述外泌体和CCL21a混合均匀,在紫外光下照射30s,得水凝胶CCL21/ExoGM-CSF+Ce6@nanoGel。
8.根据权利要求7所述制备方法,其特征在于,所述紫外光的波长为405nm,功率为1W/cm2。
9.权利要求2所述外泌体或权利要求6所述水凝胶在制备肿瘤免疫治疗疫苗和/或药物中的应用。
10.根据权利要求9所述应用,其特征在于,所述肿瘤免疫治疗疫苗和/或药物与声动力疗法结合使用。
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