论文部分内容阅读
癌症是严重威胁人类生命健康的疾病之一,每年导致全球近千万人死亡,并且患病率和死亡率仍在逐年增加,目前超过90%的癌症相关死亡是由扩散到远端器官的癌症导致的。手术切除、化学治疗和放射治疗是现今临床治疗中应用最为广泛的癌症治疗策略。然而,手术切除通常伴有严重的术后并发症和肿瘤的转移与复发,化学治疗和放射治疗一方面容易使患者机体对化疗药或者射线产生抗性从而降低治疗效果,另一方面还会对正常组织产生不加选择性的毒副作用、对患者造成巨大的身心创伤。因此,迫切需要探索具有新颖性、微创性和精确性的替代治疗策略来满足临床需求。光热治疗（Photothermal therapy,PTT）和光动力治疗（Photodynamic therapy,PDT）是通过特定波长的光照激活光热剂或者光敏剂,分别诱导产生高热或者活性氧（Reactive oxygen species,ROS）介导的细胞毒性来引起肿瘤细胞凋亡的方法,具有副作用少、耐药性小、选择性高和侵袭性低的优点,其中PDT已应用于临床多种癌症的治疗。免疫治疗是新一代的癌症治疗方法,通过激活和增强患者的免疫系统,来有效抑制和杀伤肿瘤,具有特异性强、副作用小、能够显著抑制肿瘤生长及预防肿瘤复发和转移的优点,近年来,美国食品药品监督管理局（Foodand Drug Administration,FDA）已批准了多种免疫疗法用于临床。PTT、PDT和免疫疗法作为有吸引力的抗肿瘤治疗策略,有望在达到显著的临床结果的同时能够最大限度地降低对患者的不利影响。在大量的临床实践和探索性研究中发现,单一的治疗方式不能消除整个肿瘤,并且无法有效地预防肿瘤的复发和转移,这可能是因为肿瘤的复杂性和异质性使得肿瘤组织中存在对单一疗法具有抗性的肿瘤细胞亚群。因此,肿瘤治疗的最新进展已逐渐从单一治疗转向联合治疗,以达到“1+1＞2”的协同增强的治疗效果。在纳米技术的帮助下,通过物理吸附和/或化学结合的方法在单一纳米平台中整合两种或多种药物,有利于避免单一治疗的不足,并可提高药物稳定性、改善其装载和释放、增强体内效应,从而实现最大的治疗效果和最小的死亡率。此外,在设计纳米平台时引入成像功能也是十分必要的,这不仅能够提供准确的肿瘤结构和位置信息,而且可以实时观察药物的分布代谢以制定和调整个性化的治疗方案。在众多基于纳米平台的成像引导的协同治疗体系（即纳米诊疗平台）中,荧光（Fluorescence,FL）成像和/或超声（Ultrasound,US）成像指导的PTT和PDT或PTT和免疫治疗协同治疗的诊疗体系显示出优异的诊疗效果和应用价值。鉴于此,本论文主要开展了以下两部分的研究工作:首先,我们在第一部分开发了一种基于介孔二氧化硅纳米粒（Mesoporous silica nanoparticles,MSNs）的诊疗平台,将液体全氟己烷（Perfluorohexane,PFH）通过负压法封装在MSNs的孔道中,聚多巴胺（Polydopamine,PDA）涂覆在MSNs表面的同时有效嵌合美国FDA批准的近红外荧光染料吲哚菁绿（Indocyanine green,ICG）,最后在PDA层通过化学连接PEG-FA,得到FL/US双模态成像指导的PTT-PDT联合治疗的纳米诊疗体系MSNs-PFH@PDA-ICG-PEG-FA。体内外实验均表明该体系能够显著提高ICG的稳定性和改善ICG易被光漂白的不足,能使ICG在肿瘤局部驻留更长的时间并且经过多轮808 nm激光照射仍能实现有效的温度升高;该体系还能有效增强肿瘤细胞对ICG的摄取效率和细胞内ROS的产生,在高热和ROS的双重作用下有效杀伤肿瘤细胞。在808nm近红外光照射下,ICG和PDA联合展现出优异的光热效果,肿瘤局部温度的升高会破坏PDA层并引起PFH的“液-气”相变、产生微泡,从而增强超声成像的效果。此外,ICG可以产生ROS发挥光动力性能,在US成像和FL成像的指导下实现PTT-PDT协同抗肿瘤,60%的荷乳腺癌裸鼠的肿瘤被消除,显示出MSNs-PFH@PDA-ICG-PEG-FA作为多功能纳米诊疗平台的广阔前景。另外,针对单独的PTT无法有效抑制肿瘤转移和复发的问题,我们在第二部分设计了一种基于PDA修饰的MSNs纳米疫苗,在MSNs的孔道中物理装载碳酸氢铵（Ammonium bicarbonate,ABC）,并在PDA外层通过化学结合的方式连接模型抗原卵清蛋白（Ovalbumin,OVA）,得到最终的纳米疫苗MSNs-ABC@PDA-OVA,用于黑色素瘤的光热联合免疫治疗。PDA层使纳米疫苗能够在808 nm近红外激光照射后有效地将光能转化为热能,直接杀死原发性肿瘤细胞。在肿瘤局部微酸性和温度升高的条件下,负载于孔道中的ABC被分解成气体从而加速OVA从纳米疫苗中释放并促进抗原从树突状细胞（Dendritic cells,DCs）的溶酶体中逃逸到细胞质并被有效交叉提呈;MSNs-ABC@PDA-OVA纳米疫苗外加808 nm近红外激光照射促进了抗原从注射部位迁移到淋巴结,显著增强了肿瘤引流淋巴结中DCs的激活和成熟,并引发了强大的抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞（Cytotoxic T lymphocytes,CTLs）和辅助性T淋巴细胞（Helper T lymphocytes,Ths）反应、降低调节性T细胞（RegulatoryT cells,Tregs）的瘤内浸润,有效改善免疫抑制性肿瘤微环境。重要的是,单次注射MSNs-ABC@PDA-OVA加上单轮808nm近红外激光照射有效地根除了原发性肿瘤,对B16-OVA黑色素瘤的治愈率为75%,并且预防了治愈的小鼠肿瘤肺转移。此外,MSNs-ABC@PDA-OVA纳米疫苗联合PTT治疗诱导了强烈且长期的免疫记忆效应,使机体长期保持抵抗黑色素瘤再发生的能力,在长达70天的观察期内未出现肿瘤的复发。综上,MSNs-ABC@PDA-OVA是一种简单且有效的治疗性纳米疫苗,无需额外使用检查点阻断剂或免疫调节剂即可达到显著的抗肿瘤生长、转移和复发的效果,为黑色素瘤的治疗提供了新的思路。