基于负载ICG的中空MnO2及PD-L1单抗修饰的重编程外泌体递送系统用于非小细胞肺癌的光动力协同免疫治疗 | BAM

近期，重庆医科大学基础医学院蒋宁/彭奇龄/王建为/魏余贤团队在科爱创办的期刊Bioactive Materials上发表研究文章：Reprogramming exosomes for immunity-remodeled photodynamic therapy against non-small cell lung cancer。近年来光动力疗法 (Photodynamic therapy, PDT) 与免疫疗法相结合的治疗方法因其优越的治疗效果受到了越来越多的关注。在该研究中，研究团队提出了一种独特的基于重编程外泌体的药物递送体系：偶联PD-L1抗体靶向抑制非小细胞肺癌，同时中空二氧化锰负载光敏剂吲哚菁绿 (Indocyanine Green, ICG) 实现增强的光动力联合免疫多层次治疗策略，并在动物实验上取得了显著的疗效。该研究为非小细胞肺癌的临床治疗提供了一种有前景的策略，并显示出较大的临床应用潜力。

肺癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一，也是中国导致癌症相关死亡的主要原因，而其中非小细胞肺癌 (non-small cell lung cancer，NSCLC) 约占所有肺癌病例的85%。因肿瘤缺氧微环境的复杂性和NSCLC早期难发现，易转移与易耐药的特点，传统的临床治疗方法对NSCLC疗效不显，导致了患者死亡率长期居高不下。

基于此，近期重庆医科大学基础医学院蒋宁/彭奇龄/王建为/魏余贤团队构建了一个可对NSCLC同时进行光动力-免疫协同治疗的一体化纳米系统，旨在精准抑制NSCLC肿瘤生长的同时，实现对肿瘤免疫微环境重塑，改善NSCLC患者预后（图1）。

一、纳米递药系统的合成及表征

该团队首先通过模板法合成具有中空结构的 MnO₂，并将吲哚菁绿 (Indocyanine Green, ICG) 负载到  MnO₂ 内，利用紫外可见光谱与mapping 元素分析对其进行验证并检测ICG的载药率。叠氮胆碱与小鼠 DC2.4 细胞共孵育，通过超速离心提取叠氮化的 DC 外泌体进行拉曼光谱测试和 zeta 电位分析，并使用纳米粒径跟踪分析检测(NTA)叠氮修饰后对外泌体粒径分布的影响（图2）。

同时，利用两段分别带有琥珀酰亚胺酯(NHS) 和二苯并环辛炔 (Dibenzocyclooctynes, DBCO)的linker修饰 PD-L1 单克隆抗体，使其携带能与N3基团反应的DBCO基团，并通过免疫荧光实验验证其被 DBCO 修饰后的活性。随后，将 ICG@ MnO₂、Exo 及 anti-PD-L1-PEG2000-DBCO 构建成为 ICG@MnO₂@Exoanti-PD-L1纳米递药系统，并用紫外可见光谱、溶解氧测定和动态光散射等方法对其进行表征和功能性测试。结果表明，该递药系统可以分解 H₂O₂ 产生 O₂，同时可被还原成 Mn²⁺，并能实现 PD-L1 单克隆抗体的酸响应释放（图3）。

二、纳米递药系统体外增强PDT及极化巨噬细胞作用效果评估

为了进一步验证 ICG@MnO₂@Exo-anti-PD-L1 NPs递药系统的功能，该团队首先采用 CCK-8 实验评估纳米递药系统的细胞毒性，并构建细胞缺氧模型，通过 western blot 实验和免疫荧光实验评估对肿瘤细胞内缺氧的缓解从而增强 PDT 的作用。最后，在 RAW264.7 单独培养和 RAW264.7 与小鼠 Lewis 肺癌细胞 (LLC) 细胞直接/间接共培养的体系中，使用流式细胞术、ELISA 及免疫荧光等实验评估 ICG@MnO₂@Exoanti-PD-L1 NPs 在体外诱导巨噬细胞极化并吞噬肿瘤细胞的能力。结果表明，该纳米递药系统具有较低的细胞毒性；ICG@MnO₂@Exo-anti-PD-L1 NPs 在低氧条件下可以缓解细胞缺氧并促进 PDT 作用下 ¹O2 的产生（图4）；含 MnO₂的纳米粒可在体外诱导巨噬细胞M2 型极化为 M1 并主动吞噬肿瘤细胞（图5）。

三、纳米递药系统的体内抗肿瘤效果评估

最后，该团队建立 NSCLC 的同种异体移植C57/BL6小鼠肿瘤模型，利用动物活体荧光成像研究ICG@MnO₂@Exo-anti-PD-L1 NPs 对肿瘤的靶向作用，再通过对小鼠体重、肿瘤大小、生存时间的观察记录以及肿瘤的 Ki-67，TUNEL 染色结果来评估了纳米递药系统在体内光动力协同免疫治疗的抗肿瘤作用（如图6）。

最后，作者还进一步探索了纳米递药系统对肿瘤的PDT效果和对肿瘤微环境的免疫重塑作用。结果发现，该纳米递药系统可以通过缓解肿瘤内缺氧从而显著增强PDT治疗效果，另外，含有MnO₂的纳米药物可以显著改变肿瘤内M1型巨噬细胞的比例，同时增加CD8⁺T细胞对肿瘤细胞的浸润。所有结果均表明，该研究成功构建了 ICG@MnO₂@Exo-anti-PD-L1 多功能纳米递药系统，它可在体内特异性靶向 PD-L1 过表达的肿瘤细胞。同时，该纳米系统可以实现肿瘤微环境中药物响应性释放，且具有增强PDT 效果和重塑肿瘤免疫微环境的作用。此研究表明，基于ICG@MnO₂@Exo-anti-PD-L1 NPs 的 PDT 协同免疫疗法在NSCLC多模式治疗领域有着的极大应用前景。

重庆医科大学基础医学院生物化学与分子生物学专业2021和2022级硕士研究生。主要从事分子医学与肿瘤精准诊疗相关的工作。

重庆医科大学基础医学院副教授，博士毕业于重庆医科大学，主要从事病理学教学、临床病理诊断、肝胆胰肿瘤发病机制及纳米诊疗相关研究；交叉整合病理学、生物信息学、分子生物学、生物化学、纳米材料等多学科多技术开展一系列创新性研究工作。以第一/通讯（含共同）在Advanced Functional Materials、Bioactive Materials、Theranostics、Biosensors and Bioelectronics等国际权威期刊上发表SCI论文30余篇，IF>10分6篇，IF>5分16篇，单篇最高IF=19.90，累计他引468 次。发明专利5项，主持及参加国家自然科学基金、重庆市自然科学基金等科研项目8项，主持重庆医科大学未来医学青年创新团队项目及基础医学院“优秀青年人才”项目3项.

重庆医科大学基础医学院副教授，博士毕业于日本北海道大学，欧美同学会会员，九三学社社员。2017年获日本北海道大学博士学位（环境科学）；曾就职于中国科学院兰州化学物理研究所、中国工程物理研究院（绵阳）、南京大学生命分析化学国家重点实验室; 2019年入职重庆医科大学基础医学院任副教授；同年，入选重庆市“高层次海外优秀人才”，2022年破格评为基础医学博士生导师。以第一或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., J. Mater. Chem. A，Theranostics., Bioact.，Adv. Funct. Mater., J. Med. Virol. 等国际知名杂志发表论文30余篇。曾参与科技部重大项目和国家自然科学基金重点项目；主持国家自然科学基金面上项目、重庆市面上项目、重庆市留学人员回国创业创新支持计划等课题。现任九三学社毕节市委副主委（兼），2023年5月任毕节市卫健局副局长。

重庆医科大学副教授，2019年获得重庆市“高层次海外优秀人才”入职重庆医科大学，组建实验室并独立开展研究工作，研究方向集中于与免疫治疗相结合的肿瘤协同精准诊疗，结合纳米技术解决目前肿瘤的免疫治疗过程中所面临的各种科学难题。目前以第一作者或通讯作者身份在Advanced Functional Materials，Biosensors and Bioelectronics，Genes & Diseases等杂志发表SCI论文多篇，已授权专利7项，主持科技部“高端外国专家引进计划”项目，重庆市面上项目，重庆市教委项目，参与重庆市教委“高校创新研究群体”项目，重医未来医学青年创新团队项目。

外科学博士，副主任医师。2010年7月毕业于重庆医科大学七年制临床医学；毕业至今在重庆医科大学附属第一医院乳腺甲状腺外科（原内分泌乳腺外科）/重庆市乳腺癌中心工作，主要从事乳腺和甲状腺疾病的临床诊治和基础研究。擅长乳腺癌的诊治和手术治疗；乳腺癌术后即刻重建如假体/背阔肌/腹部皮瓣技术；乳腺癌整形保乳技术；巨乳缩小术，甲状腺癌的诊治和手术治疗。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、重庆市教委基金以、重庆医科大学未来医学青年创新团队项目及重庆医科大学拔尖人才培育计划项目资助。

Jiao Guo#, Wei Zhao#, Xinyu Xiao, Shanshan Liu, Liang Liu, La Zhang, Lu Li, Zhenghang Li, Zhi Li, Mengxia Xu, Qiling Peng *, Jianwei Wang *, Yuxian Wei *, Ning Jiang *. 

Reprogramming exosomes for immunity-remodeled photodynamictherapy against non-small cell lung cancer. 

Bioactive Materials. 2024,39 (2024): 206-223.DOI:10.1016/j.bioactmat.2024.05.030

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