現(xiàn)在，一種新的兩全其美的方法將化療的抗癌能力和免疫療法的長期療效打包進(jìn)一種基于生物材料的癌癥疫苗，可以在腫瘤部位附近注射。當(dāng)手術(shù)切除了侵襲性三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）的小鼠接種疫苗后接受癌細(xì)胞再挑戰(zhàn)時，100%的小鼠存活下來，沒有復(fù)發(fā)。來自哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所和John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員于11月10日在Nature Communications雜志上報(bào)道了這項(xiàng)研究成果。
來源：Nature Communications
該研究的第一作者Hua Wang博士說：“像TNBC這種免疫原性差的腫瘤對目前的免疫治療仍有抵抗力。在我們開發(fā)的新系統(tǒng)中，免疫療法能吸引大量免疫細(xì)胞進(jìn)入腫瘤，而化療能產(chǎn)生大量死亡癌細(xì)胞碎片，免疫細(xì)胞可以利用這些碎片產(chǎn)生有效的腫瘤特異性反應(yīng)。”
無需等待的個性化疫苗
可注射癌癥疫苗于2009年首次被開發(fā)出來，在治療小鼠多種癌癥方面顯示出巨大的前景，并已在Dana Farber癌癥研究所進(jìn)行了治療黑色素瘤的臨床試驗(yàn)。
在最初的疫苗配方中，癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的被稱為腫瘤相關(guān)抗原（TAA）的分子與阿司匹林大小支架內(nèi)的佐劑結(jié)合在一起，這樣一來，到達(dá)的樹突狀細(xì)胞就可以識別出它們是“外來的”，并啟動針對腫瘤的免疫應(yīng)答。這些TAA可以從采集的腫瘤中分離出來，也可以通過對癌細(xì)胞基因組進(jìn)行測序來鑒定，然后再進(jìn)行生產(chǎn)，但是這兩種制造個性化癌癥疫苗的過程都是漫長且昂貴的。
“開發(fā)腫瘤疫苗的關(guān)鍵限制因素之一是對TAA的選擇，由于目前我們僅有非常小的少數(shù)特定腫瘤細(xì)胞株已知抗原庫，因此很難預(yù)測哪種抗原能產(chǎn)生有效的免疫反應(yīng)，”共同第一作者Alex Najibi說道，“在疫苗支架內(nèi)植入化療藥物會導(dǎo)致癌細(xì)胞大量死亡，使TAA直接從腫瘤中釋放給樹突狀細(xì)胞，從而繞過了漫長而昂貴的抗原研發(fā)過程。”
樹突狀細(xì)胞（黃色）從腫瘤細(xì)胞中提取抗原，攜帶到淋巴結(jié)和脾臟，在那里它們被呈遞給對腫瘤進(jìn)行免疫攻擊的T細(xì)胞。（來源：哈佛大學(xué)Wyss研究所）
Wang、Najibi和他們的同事開始將這種新的癌癥疫苗策略應(yīng)用于TNBC。研究小組首先將一種叫做粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）的蛋白質(zhì)分子裝載在海藻酸水凝膠支架上。GM-CSF刺激樹突狀細(xì)胞的發(fā)育和聚集，樹突狀細(xì)胞吸收來自腫瘤和其他入侵者的抗原，并將其呈遞給淋巴結(jié)和脾臟的T細(xì)胞，以啟動免疫應(yīng)答。他們還添加了與一種叫做iRGD的肽相連的化療藥物阿霉素（Dox）。iRGD已知可穿透腫瘤，并幫助阿霉素釋放后靶向腫瘤。
當(dāng)化療藥物阿霉素（紅色）與腫瘤浸潤分子iRGD結(jié)合時，它有效地滲透到TNBC（藍(lán)色）中攻擊它們（左）。
未經(jīng)此修飾的阿霉素主要保留在水凝膠中，不會遷移到腫瘤中（右）。（來源：哈佛大學(xué)Wyss研究所）
當(dāng)TNBC模型小鼠注射新型疫苗時，與接受包含阿霉素-iRGD的凝膠、未經(jīng)修飾的阿霉素或未治療組相比，接受載有GM-CSF和阿霉素-iRGD結(jié)合物凝膠的小鼠顯示出明顯更好的藥物對腫瘤的滲透性，增加的癌細(xì)胞死亡，以及更少的肺部轉(zhuǎn)移性腫瘤。對凝膠支架的分析表明，它們已經(jīng)積累了大量的樹突狀細(xì)胞，表明疫苗的免疫治療和化療成分都是有效的。
在這些結(jié)果的鼓舞下，研究小組隨后在疫苗中添加了第3種成分CpG，這是一種合成的細(xì)菌DNA序列，已被證明可以增強(qiáng)免疫應(yīng)答。與接種不含該成分疫苗的小鼠相比，接種了具有這種添加劑的疫苗的小鼠腫瘤生長速度明顯減慢，存活時間更長。
載有趨化因子（GM-CSF）、佐劑（TLR9激動劑CpG）和化療藥物（Dox-iRGD）的生物材料支架組成的原位腫瘤疫苗示意圖。在腫瘤周圍注射生物材料，Dox-iRGD被釋放并穿透腫瘤，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞免疫原性死亡，釋放的趨化因子可在支架部位積聚大量未成熟樹突狀細(xì)胞。積聚的樹突狀細(xì)胞可以吸收和處理腫瘤抗原，同時被佐劑激活，以激發(fā)腫瘤特異性T細(xì)胞，從而殺死腫瘤細(xì)胞。（來源：Nature Communications）
為了評估這種由3部分組成的疫苗產(chǎn)生的免疫應(yīng)答的強(qiáng)度和特異性，研究人員從小鼠的淋巴結(jié)和脾臟中提取并分析了細(xì)胞。令人吃驚的是，14%的淋巴結(jié)來源T細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生了反應(yīng)，這表明它們已經(jīng)被樹突狀細(xì)胞“訓(xùn)練”成可靶向腫瘤。相比之下，接受了兩組分疫苗的小鼠和未經(jīng)治療的小鼠中分別只有5.3%和2.4%的T細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞有反應(yīng)。此外，在注射疫苗12天后給予一劑“增強(qiáng)”疫苗可以進(jìn)一步延長他們的存活時間。
局部作用，長期保護(hù)
雖然這些結(jié)果揭示了疫苗對激活免疫系統(tǒng)的作用，研究小組還想了解它是如何影響局部腫瘤微環(huán)境的。對疫苗及其附近腫瘤的分析表明，用含有GM-CSF、Dox-iRGD和CpG的凝膠治療的腫瘤細(xì)胞表面的鈣網(wǎng)蛋白增加，這是細(xì)胞死亡的一個指示。此外，接種了3組分疫苗的小鼠也顯示出更高數(shù)量的促炎巨噬細(xì)胞，其與提高抗癌活性和延長生存期有關(guān)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，他們的治療使腫瘤細(xì)胞表面蛋白PD-L1的表達(dá)增加，而腫瘤則利用這種蛋白逃避免疫檢測。他們預(yù)測疫苗聯(lián)合抗PD-1治療阻止這種免疫逃避有助于提高療效，并對此進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示用凝膠疫苗和抗PD-1聯(lián)合治療的小鼠顯示腫瘤的大小和數(shù)量顯著減少，平均存活40天，而未治療的小鼠存活27天，單獨(dú)接受PD-1抗體的小鼠存活28天。這種協(xié)同作用表明，疫苗可能最好與檢查點(diǎn)抑制劑療法結(jié)合使用。
來源：Nature Communications
研究的最后，科學(xué)家們還測試了這款新型癌癥疫苗在原發(fā)性腫瘤切除后預(yù)防癌癥復(fù)發(fā)的能力。他們手術(shù)切除了小鼠的TNBC腫瘤，然后在腫瘤原發(fā)部位附近注射3組分凝膠疫苗或含有所有成分的液體疫苗。兩個治療組的腫瘤復(fù)發(fā)率均顯著降低，但凝膠疫苗使腫瘤生長明顯減慢，生存率提高。接著，通過注射癌細(xì)胞對小鼠進(jìn)行再挑戰(zhàn)，令人吃驚的是，接種了凝膠疫苗的小鼠100%存活下來，沒有轉(zhuǎn)移，而所有未經(jīng)治療的小鼠都死于該疾病。
來源：Nature Communications
通訊作者David J. Mooney博士說：“這種疫苗能夠在不需要識別患者特異性抗原的情況下引發(fā)強(qiáng)有力的免疫應(yīng)答，這是一個主要優(yōu)勢。其次，局部化療藥物遞送的能力可以避開全身化療的嚴(yán)重副作用。此外，這種疫苗不僅能在原位激活腫瘤特異性TAA的樹突狀細(xì)胞，還能重塑腫瘤微環(huán)境，使免疫系統(tǒng)更容易接觸腫瘤，并產(chǎn)生免疫記憶，防止進(jìn)一步復(fù)發(fā)。”
該團(tuán)隊(duì)正在繼續(xù)探索化療與癌癥疫苗的結(jié)合，并希望能提高它們對其他難以治療的腫瘤模型的抗癌效果。研究小組希望未來的研究能更好地理解和優(yōu)化該系統(tǒng)，使其能夠進(jìn)入臨床試驗(yàn)，并最終造福患者。
“最新版本癌癥疫苗是一種新型多功能抗癌療法，為多種癌癥的治療帶來了新的希望。它本質(zhì)上是一種結(jié)合化療的全新形式，可以通過單次注射給藥，并且可能比現(xiàn)在使用的傳統(tǒng)療法具有更高的療效和更低的毒性。”哈佛大學(xué)Wyss研究所創(chuàng)始主任Don Ingber博士總結(jié)道。
參考資料：
1# Biomaterial-based cancer vaccine combines chemo and immunotherapy to treat triple-negative breast cancer (來源：Medical press)
2# Hua Wang et al. Biomaterial-based scaffold for in situ chemo-immunotherapy to treat poorly immunogenic tumors. Nature Communications (2020)
110102000668（1）號