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肿瘤原位疫苗（ISV）旨在利用物理化学手段原位诱导肿瘤细胞免疫原性死亡（ICD），在清除肿瘤细胞的同时，促进损伤相关模型分子（DAMPS）和肿瘤相关抗原（TAAs）释放，从而激活系统性抗肿瘤免疫应答。得益于肿瘤组织自身丰富的TAAs库，ISV无须复杂的抗原筛选，分离，制备等过程，即能实现高度个性化的肿瘤免疫治疗，在克服肿瘤异质性等方面具有显著的优势。
传统ISV多依赖于化疗药物、物理刺激与溶瘤病毒等方法，其免疫原性有限，且生物安全性等缺点日益突出。由此，同济大学附属第十人民医院张敏研究员团队联合复旦大学杨雁南团队利用锰基层状金属氢氧化物纳米材料（Mn-LDH），设计开发出一种基于外源性硫酸根自由基（SO4·−）的新型肿瘤原位疫苗（P-Mn-LDH）。如图1所示，Mn2+与PDS（SO4·−前驱体）被共递送至肿瘤组织，原位激活芬顿反应产生SO4·−，充分利用SO4·−氧化性强，半衰期长的优势，克服传统活性氧自由基的弊端，增强肿瘤细胞ICD。与此同时，得益于Mn2+对STING信号通路的增强效应，P-Mn-LDH能够提高树突状细胞对肿瘤抗原的处理与呈递效率，最终激活抗肿瘤免疫应答，促进肿瘤组织免疫细胞浸润，实现更强的抗肿瘤免疫疗效。
通过将SO4·−的前体过氧化二硫酸盐(PDS)插入到锰层状双氢氧化物(Mn-LDH)纳米粒子中，构建了该ISV ( P-Mn-LDH)。PDS分子被锁定在Mn-LDH的层间距中，直到酸性的tme触发结构降解。P-Mn-LDH的坍塌使得Mn2+和PDS同时释放，其中Mn2+通过芬顿型高级氧化触发PDS分解，并在原位生成SO4·−，其诱导坏死性凋亡细胞死亡途径，进而介导ICD信号，以触发全身抗肿瘤免疫。此外，P-Mn-LDH可激活干扰素基因刺激因子(STING)通路，进一步增强抗肿瘤免疫应答。在小鼠乳腺癌模型中，P-Mn-LDH显著抑制肿瘤进展和肺转移。如图2所示，团队首先制备粒径约80 nm的Mn-LDH纳米颗粒，利用阴离子交换法将PDS引入纳米材料层间结构制备基于SO4·−的肿瘤原位疫苗， XRD对纳米材料层间距的表征证实了Mn-LDH对PDS分子的装载，而吸脱附动力学的研究则测定了PDS的装载率与释放率。在模拟肿瘤微环境pH值（pH=6.5）的体外实验中，P-Mn-LDH能够有效激活SO4·−降解罗丹明B，电子顺磁共振图谱进一步证实了SO4·−的存在。图2. P-Mn-LDH肿瘤原位疫苗的表征与体外激活SO4·−的性能表征。图3. P-Mn-LDH肿瘤原位疫苗体外诱导肿瘤细胞免疫原性死亡。在细胞实验中，如图3所示，P-Mn-LDH具有明显的肿瘤细胞杀灭效果，WB研究表明P-Mn-LDH能够有效诱导肿瘤细胞坏死性凋亡，从而实现DAMPs与TAAs的大量释放，提高肿瘤细胞免疫原性。图4. P-Mn-LDH肿瘤原位疫苗抑瘤效果与抗转移疗效在构建的4T1乳腺癌荷瘤小鼠模型中，P-Mn-LDH能够有效抑制肿瘤组织生长，从而延长小鼠生存周期，组化染色结果显示免疫细胞在肿瘤组织内的高效浸润。更为重要的是，P-Mn-LDH阻止了癌细胞的肺转移，说明其在抗肿瘤转移方面具有极大的潜力。图5. P-Mn-LDH肿瘤原位疫苗的免疫学机制与效能。最后，团队构建了双边瘤小鼠模型，通过联用P-Mn-LDH与免疫检查点抑制剂anti-PDL1抗体，探究P-Mn-LDH的抗肿瘤免疫疗效与免疫学机制。研究结果表明，P-Mn-LDH联用anti-PDL1对远端瘤具有显著的抑制效果，免疫荧光染色结果证明了肿瘤细胞的坏死性凋亡。通过对T细胞，NK细胞，巨噬细胞，髓系抑制性细胞（MDSC）等一系列免疫细胞的表征，阐明了P-Mn-LDH对全身性抗肿瘤免疫力的激活以及对肿瘤免疫抑制微环境的重塑。而效应记忆T细胞与中央记忆T细胞的显著上调提示P-Mn-LDH具有长效抗肿瘤免疫的潜力。该研究成果以“Sulfate Radical Based In Situ Vaccine Boosts Systemic Antitumor Immunity via Concurrent Activation of Necroptosis and STING Pathway”为题在线发表于《Advanced Materials》期刊上。张敏研究员博士毕业于澳大利亚昆士兰大学纳米技术与生物工程研究所，入选上海市海外高层次引进人才及上海市浦江人才，现为上海市第十人民医院专职 PI，同济大学副研究员。张敏博士在新型纳米生物材料的开发与生物应用方面有着深入的研究，并取得了一系列创新成果，以第一/通讯作者身份在国际顶尖期刊包括Nature Communication，Advanced
Materials, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Science, Nano
Today 等发表了 SCI 权威期刊论文多篇，主持国家自然科学基金与上海市自然科学基金多项。
