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不久前，东南大学生物科学与医学工程学院教授吴富根，入选了全球顶尖前 10 万名科学家榜单。 他说：“我们实验室自 2013 年成立以来，累计发表 100 余篇论文，不少领域内同行都曾引用这些论文。尤其是我们在亚细胞精准诊疗、智能响应药物、荧光成像探针等方面的工作受到了广泛关注。”
同样在前不久，他和团队在发布于 Nature Communications 的论文里，介绍了一款“纳米炸弹”：HDDT 纳米药物。 HDDT 的每一个字母，分别对应着透明质酸、树枝状高分子、阿霉素、酪氨酸激酶抑制剂四种物质的英文名首字母。 HDDT“纳米炸弹”能把直径大小为 10-30 微米的癌细胞，裂解成直径 1.6−3.2 微米大小的细胞囊泡。转化效率非常高，将近 100% 的癌细胞可以变为微米囊泡。 借助蛋白组学和体外免疫细胞的激活，他们证明微米囊泡具备很强的免疫刺激作用，故可用于肿瘤疫苗的研发。在制备含肿瘤相关抗原的微囊泡、以及开发个性化癌症疫苗上，该成果也能带来新的策略。
远远高于外泌体不到 1% 的产率 几年前，吴富根的学生在实验中偶然发现的一个现象：当把由透明质酸、树枝状高分子、阿霉素、酪氨酸激酶抑制剂组成的四组分纳米药物，给肿瘤小鼠使用之后，再将肿瘤细胞孵育，这时显微镜下的癌细胞竟然全部消失了。 而且，所有癌细胞全部转为微米小泡，不仅数量非常大，均一性也很好。之后，课题组验证了微米小泡的免疫刺激效果，并观察微米小泡能否在肿瘤原位诱发。 实验中，当给小鼠的尾静脉注射“纳米炸弹”之后，肿瘤组织中原位生成了大量的微米囊泡，并带有肿瘤相关的抗原和危险因子，从而能把肿瘤组织原位转化为疫苗库。 这时，小鼠机体就会发生全身性的抗肿瘤免疫反应，进而实现癌症的免疫治疗。在两类荷瘤小鼠模型中，该团队还证实了如下规律：HDDT“纳米炸弹”具备抑制肿瘤生长的能力，并能诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡、以及机体的全身性抗肿瘤免疫反应。 此外，被 HDDT“纳米炸弹”治愈之后的小鼠，会出现强烈的免疫记忆效应，这既能抑制肿瘤复发，还能起到长期抗癌的防护作用。 吴富根表示，这种通过注射纳米药物，来诱导肿瘤区域原位产生微米小泡的策略，解决了癌症疫苗领域的免疫响应效果差、疫苗和患者之间的相关性差等问题，也攻克了自体癌症疫苗的体外制备工艺复杂、难度高等问题，为癌症疫苗的发展和应用提供了新思路。 使用此次方法制备的癌细胞来源的微米泡，具有出色的基础研究价值和广阔的临床应用前景。微米泡中几乎不含任何药物，而且制备产率极高，基本所有细胞均可转变为微米泡。按蛋白质定量来算，产率可以达到 62%，远远高于外泌体不到 1% 的产率。 在收集这些微米泡时，只需中、低速离心机即可，无需超高速离心机处理。同时，通过简单的超声处理，微米泡能均一地变成直径约 30 纳米的纳米泡，从而增强肿瘤渗透。因此，基于病人自体来源，可以开发个性化微米疫苗或纳米肿瘤疫苗。 另外，假如需要负载其他药物也非常便捷，只需和药物进行孵育或做超声处理之后，即可得到负载药物的微米或纳米泡。 总的来说，该成果不仅提供了一种在肿瘤部位原位产生癌症疫苗的策略，也提供到一种既高效、又简单的癌症疫苗制备方法。 而在纳米药物领域，该成果也具有极高的应用价值，即微米泡也能作为纳米载体，实现药物的靶向递送。
如何提高癌症疫苗的免疫刺激效率？ 据介绍，此次成果隶属于癌症免疫治疗的大范畴——它是指通过各种手段调动机体的免疫系统，来对癌细胞进行识别和杀伤的一种治疗方法。 其优点在于，可以充分利用机体免疫系统对癌细胞的识别作用，不仅能杀伤原位肿瘤，还能杀伤难以被人察觉的转移瘤。 另外，由于免疫记忆效应的存在，患者在接受免疫治疗之后，其免疫系统仍能保护机体免受癌细胞的再次侵袭。 因此，作为一种新的癌症治疗方法，癌症免疫治疗展现出广阔的应用前景，并让人们看到了攻克癌症难关的一线曙光。 目前，癌症免疫治疗主要包括：免疫检查点阻断疗法、嵌合抗原受体 T 细胞疗法和癌症疫苗等。其中，癌症疫苗可以促进肿瘤特异性免疫刺激，是最重要的免疫治疗策略之一，在癌症的预防和治疗上具有巨大潜力。 然而，在开发癌症疫苗上，尽管科研人员耕耘已久，但却依旧处于癌症预防的阶段。要想在癌症患者中引发实质性免疫应答，仍然面临不小的挑战。 核心原因在于这些疫苗的免疫原性较弱，而这是由于免疫抑制性的肿瘤微环境、以及这些疫苗中的抗原与特定患者的肿瘤之间的相关性较低等因素造成的。 但这并非“无解之题”，事实上通过使用患者自身的抗原来制备的癌症疫苗，能最大程度地保留肿瘤特异性抗原，可以很好地提高癌症疫苗的免疫刺激效率。基于此，吴富根开展了本次工作。
其他微米泡是否也能用于癌症疫苗？ 如前所述，此次课题的确定源于吴富根学生无意间发现的四组分药物对于微米泡的高效诱导现象。他们当即觉察到，该现象可能具有很高的研究价值，并决定集中精力推进。 期间，研究团队先对四组分药物进行优化，并尝试将其中的酪氨酸激酶抑制剂进行替换，确定凡是包含四种酪氨酸激酶抑制剂的药物，都会具备诱导微米泡生成的能力。 然后，针对四组分纳米药物对于不同细胞诱导出泡的能力、以及出泡过程，课题组做以详细的评估，借此确定了药物诱导细胞出泡的普适性。 接着，他们测试了纳米药物在体外刺激免疫系统的能力，发现它确实有作为癌症疫苗的潜在可能性。 随后，在体内实验中，对于纳米药物的肿瘤靶向性、肿瘤区域原位出泡的能力、免疫刺激效果和癌症治疗效果，课题组又做以多方位的评价。 最后，对于肿瘤细胞来源的微米泡，则进行了全面的表征。得到审稿意见之后，又对实验细节进行反复推敲和补充。
而在投稿之前，吴富根团队研究该课题已有三年之久，一直等到大家都觉得满意才进行投稿。但在第一轮审稿时，四位评审专家仍然提出了不少意见。 为此，课题组耗时半年补充大量的实验，并撰写一万余词的回复稿。在审稿人的建议下，该团队又对微米小泡做以更加全面的表征，以充分了解这种微米小泡的来源、蛋白组成、以及作为癌症疫苗的免疫刺激作用。 根据相关评审意见，他们还对体内原位肿瘤杀伤和出泡、全身性免疫刺激效果、对转移瘤的抑制情况、以及免疫记忆效果等实验进行查漏补缺，让工作的逻辑严密性得以完善。 最终，对于微米小泡被用于肿瘤原位疫苗的应用前景，所有评审专家都点赞认可，也对论文整体的纳米药物制备、体外微米小泡的表征、免疫刺激效果的整体评估、体内肿瘤靶向和原位出泡、免疫刺激和免疫记忆效果的实验流程，给予高度了评价。 后续两个月，他们又按照期刊编辑的要求，对论文做进一步的完善，并于近日发表在 Nature Communications 上 [1]。 论文题为《原位生成微米大小的肿瘤细胞衍生囊泡作为自体癌症疫苗以增强全身免疫反应》（In situ generation of micrometer-sized tumor cell-derived vesicles as autologous cancer vaccines for boosting systemic immune responses）发表，该团队的博士生郭育新是第一作者，吴富根担任通讯作者。
目前，围绕此次发现的细胞来源微米泡，课题组正在开展新的研究，包括探索不同种类细胞来源的微米泡，在机体免疫刺激方面的效果、以及将它们用作癌症疫苗的可行性等。 此外，他们还会将微米泡进一步纳米化，并让其负载抗癌药物，从而研究这种囊泡在药物递送方面的应用前景，以及相比纳米载体到底有哪些优势。 同时，其也希望能在实际的临床实验中，验证这项成果的治疗效果，因此十分期待可以携手业界，推进成果的临床转化。 参考资料： 1.Guo, Y., Wang, S. Z., Zhang, X., Jia, H. R., Zhu, Y. X., Zhang, X., ... & Wu, F. G. (2022). In situ generation of micrometer-sized tumor cell-derived vesicles as autologous cancer vaccines for boosting systemic immune responses. Nature Communications, 13, 6534. |
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