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?AM:王欽陽團(tuán)隊(duì)報(bào)道仿生基因編輯輔助系統(tǒng)助力多學(xué)科聯(lián)合下的細(xì)胞焦亡介導(dǎo)的抗腫瘤免疫治療

來源:化學(xué)加      2024-03-26
導(dǎo)讀:近期,王欽陽實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)針對(duì)細(xì)胞死亡和腫瘤免疫中的重點(diǎn)問題,通過設(shè)計(jì)仿生的基因編輯輔助系統(tǒng),順利地實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科(介入,超聲,放療,免疫)聯(lián)合下的細(xì)胞焦亡介導(dǎo)的抗腫瘤免疫治療。

多學(xué)科聯(lián)合的抗腫瘤治療是一種理想,先進(jìn)和高效的腫瘤臨床治療方式。但是,實(shí)際上,其應(yīng)用的效果,場(chǎng)景,層級(jí)和理念還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。這主要是由于缺乏有力的紐帶(linker)和獨(dú)特的視角(view)來助力多學(xué)科聯(lián)合的邊際突破和技術(shù)創(chuàng)新。例如,在臨床中,介入技術(shù)已經(jīng)為高效且精確的藥物遞送提供了方案,超聲和放療也可提供精確的腫瘤定位和殺傷,同時(shí),免疫學(xué)科也為提供長(zhǎng)久的抗腫瘤效果做足了準(zhǔn)備。但是,如何將這些強(qiáng)有力的技術(shù)進(jìn)行合理且高效的有機(jī)串聯(lián),并為患者提供精準(zhǔn),高效,傷害性小的抗腫瘤方案,仍是一個(gè)有趣的問題

近期,王欽陽實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)針對(duì)細(xì)胞死亡和腫瘤免疫中的重點(diǎn)問題,通過設(shè)計(jì)仿生的基因編輯輔助系統(tǒng),順利地實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科(介入,超聲,放療,免疫)聯(lián)合下的細(xì)胞焦亡介導(dǎo)的抗腫瘤免疫治療。該工作以題為A T-cell Inspired Sonoporation System Enhances Low-dose X-ray-mediated Pyroptosis and Radioimmunotherapy Efficacy by Restoring Gasdermin-E Expression發(fā)表于Advanced Materials。我們的工作不僅可為多學(xué)科聯(lián)合的抗腫瘤治療提供一個(gè)可參考的預(yù)臨床方案,而且為推進(jìn)細(xì)胞焦亡介導(dǎo)的抗腫瘤免疫治療提供了可行的預(yù)臨床路徑。此外,該工作還可為設(shè)計(jì)面向臨床的在體基因編輯系統(tǒng)提供新的見解。下載化學(xué)加APP到你手機(jī),收獲更多商業(yè)合作機(jī)會(huì)。

該工作也是我們?cè)?/span>Nature (2020), Nature Communications (2023), Advanced Materials (2023), Advanced Science (2024)后,提供的另一種基于細(xì)胞死亡通路設(shè)計(jì)的仿生溶瘤技術(shù)(詳見 Advanced Materials, 2024, DOI,https://doi.org/10.1002/adma.202401384)    

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背景介紹

細(xì)胞焦亡是一種由gasdermin蛋白介導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡。2020年,邵峰院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)腫瘤特異性的細(xì)胞焦亡可以有效的激活抗腫瘤免疫功能。因此,細(xì)胞焦亡介導(dǎo)的抗腫瘤免疫治療具有極佳的臨床應(yīng)用前景。

但是,人類的癌細(xì)胞普遍通過抑制gasdermin的表達(dá)來逃避細(xì)胞焦亡。針對(duì)這個(gè)問題,一種簡(jiǎn)單且直接的解決方案就是通過基因編輯技術(shù)來恢復(fù)腫瘤細(xì)胞內(nèi)gasdermin的表達(dá)。不幸的是,所有基因編輯藥物(如DNA,RNA和蛋白)都難以進(jìn)入細(xì)胞。雖然,在腫瘤治療領(lǐng)域,基于納米顆粒的基因編輯藥物已被廣泛報(bào)道并取得了顯著的進(jìn)展。但是,納米系統(tǒng)的一些固有問題,如“內(nèi)體逃逸難題”,“腫瘤遞送效率約在1%左右”和“脫靶”等,仍困擾著基于納米顆粒的基因編輯抗腫瘤藥物的發(fā)展。

實(shí)際上,自然界經(jīng)過長(zhǎng)期的進(jìn)化和選擇才形成了我們熟悉的“細(xì)胞膜的選擇性透過”這一機(jī)制。盡管這種機(jī)制可能為藥物遞送帶來了不便,但是我們也要看到它的存在對(duì)維持機(jī)體的微觀和宏觀的平衡具有重要的意義。有趣的是,當(dāng)這種平衡需要被打破時(shí),T細(xì)胞和噬菌體提供了一種完全不同于納米顆粒的方式,但其智能性和精確性都令人嘆為觀止。例如,當(dāng)T細(xì)胞向癌細(xì)胞傳遞顆粒酶時(shí),他們會(huì)先靶向癌細(xì)胞,然后通過穿孔素介導(dǎo)的生化反應(yīng)打開細(xì)胞膜,從而將顆粒酶精準(zhǔn)的遞送至靶細(xì)胞。因此,通過T細(xì)胞仿生技術(shù)構(gòu)建基因編輯輔助系統(tǒng),建立以細(xì)胞膜打開為方式的“基因編輯藥物遞送”和“功能實(shí)現(xiàn)”是值得研究一下的。    

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工作概要

1. 基于這些觀察和我們近期在T細(xì)胞仿生技術(shù)上的研究積累,這里,我們提供了一種仿T細(xì)胞的基因編輯輔助系統(tǒng)UPS。UPS可以識(shí)別腫瘤細(xì)胞,并在超聲的作用下,打開細(xì)胞膜,從而使基因編輯藥物進(jìn)入細(xì)胞直接發(fā)揮編輯作用。UPS的制備超級(jí)簡(jiǎn)單,搖勻洗滌可得。

2. 機(jī)制上,UPS在超聲的作用下,以脂質(zhì)過氧化為基礎(chǔ)在細(xì)胞膜上開出小通道。值得注意的是,超聲+UPS介導(dǎo)的ROS產(chǎn)生明顯弱于我們最近報(bào)道的其他仿生溶瘤系統(tǒng),這使得UPS輔助的基因編輯成為可能,因?yàn)?,被編輯的?xì)胞必須在“活下去且活得好”的前提下,才能展示編輯后的功能。當(dāng)然,這也有賴于癌細(xì)胞強(qiáng)大的求生能力(修復(fù)功能),因此,ESCRT機(jī)制保證了對(duì)開孔細(xì)胞膜的修復(fù),從而保證了被“打開”細(xì)胞在基因遞送后的生理活性。

3. 在體外,UPS+US導(dǎo)致多達(dá)90%的細(xì)胞可被GFP質(zhì)粒轉(zhuǎn)染,并表達(dá)GFP。在體內(nèi),UPS主動(dòng)靶向腫瘤。因此,結(jié)合原位注射(或介入注射),UPS+US可以以腫瘤特異性的方式打開腫瘤細(xì)胞。體內(nèi),多達(dá)35%的腫瘤細(xì)胞可以被UPS輔助進(jìn)行基因編輯。值得注意的是,即使注射的質(zhì)粒泄露在循環(huán)系統(tǒng)中,正常細(xì)胞的細(xì)胞膜將不允許質(zhì)粒進(jìn)入,從而,正常細(xì)胞沒有任何被非靶基因編輯的風(fēng)險(xiǎn)。

4. 我們也成功地將該技術(shù)應(yīng)用于細(xì)胞焦亡介導(dǎo)的抗腫瘤免疫。UPS+US+gsdme質(zhì)粒成功在體內(nèi)和體外回復(fù)了三陰乳腺癌小鼠腫瘤的gsdme的表達(dá)。因此,低劑量放療(5Gy),可顯著激活抗腫瘤免疫響應(yīng)。結(jié)合免疫檢查點(diǎn)療法,我們?cè)诘蛣┝糠暖熛?,?shí)現(xiàn)腫瘤清除和抑制轉(zhuǎn)移。


參考文獻(xiàn)
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