Human iPS Cells Loaded with MnO2‑Based Nanoprobes for Photodynamic and Simultaneous Enhanced Immunotherapy Against Cancer

Yanlei Liu, Jingxing Yang, Bin Liu, Wen Cao, Jingpu Zhang, Yuming Yang, Lijun Ma, Jesus Martinez dela Fuente, Jie Song, Jian Ni, Chunfu Zhang*, Daxiang Cui*

Nano‑Micro Lett.(2020)12:127

https://doi.org/10.1007/s40820-020-00452-y

本文亮点

1. 荷载二氧化锰纳米探针的诱导型多功能干细胞(iPS)作为具有肿瘤主动靶向特性的治疗平台。

2. 在多模态成像引导下，在荷瘤鼠模型上获得了增强的光动力治疗效果的同时激发出强烈的抗肿瘤免疫反应。

癌症的发生和发展与肿瘤细胞的高增殖率及其对免疫监视系统的逃避高度相关，理想的癌症治疗策略旨在杀伤肿瘤细胞的同时可以激活机体免疫系统从而彻底消灭肿瘤细胞。因此在本研究中设计出荷载二氧化锰纳米探针的诱导型多功能干细胞(iPS)用于肺癌的治疗研究，此治疗策略旨在获得增强的光动力治疗效果的同时激发出强烈的抗肿瘤免疫反应，藉以提高治疗肺癌的疗效。

内容简介

上海交通大学电院崔大祥讲席教授科研团队与生物医学工程学院张春富教授课题组合作，以iPS细胞作为纳米探针载体及类肿瘤抗原，在激光照射下，在肺癌肿瘤模型鼠上通过增强的光动力治疗效果及激发的强烈的抗肿瘤免疫反应，获得了显著的抑瘤效果。该文的通讯作者分别是上海交通大学崔大祥教授和张春富教授；上海交通大学电院刘岩磊助理研究院和生物医学工程学院杨金星博士是该文的共同第一作者。

图文导读

I iPS细胞作为纳米探针的载体体显著提高纳米探针在肿瘤组织的聚集

干细胞的肿瘤归巢特性(tumor homing)，可以高效地主动靶向肿瘤组织，从而提高了药物的肿瘤靶向递送和改善了药物在肿瘤内部的分布。干细胞的肿瘤归巢特性已经被证实与细胞膜表面高表达趋化因子CXCR4受体密切相关，趋化因子SDF-1结合CXCR4受体后驱使干细胞呈现肿瘤组织趋化特性，iPS细胞在荷瘤鼠模型上对肿瘤组织的趋向性，被证实是通过SDF-1/CXCR4信号通路实现的。因此在本研究中，我们利用IPS细胞的肿瘤归巢特性，使其作为纳米探针的靶向递送载体，从而显著地提高了纳米探针在肿瘤部位的聚集。

图1. iPS-MnO2@Ce6在荷瘤鼠体内的分布和代谢。(a)荷瘤小鼠经静脉注射MnO2@Ce6和iPS-MnO2@Ce6的T1-MR图像。(b)肿瘤区域T1-MR信号定量分析。(c)荷瘤小鼠经静脉注射MnO2@Ce6和iPS-MnO2@Ce6后的实时荧光图像。(d)肿瘤区域荧光信号定量分析。

II 在激光介导的光动力治疗过程中iPS细胞释放出类肿瘤样免疫抗原

在体内治疗实验中，在激光介导的光动力治疗过程中，iPS细胞由于死亡裂解释放出大量的类肿瘤样免疫抗原，激发出强烈的多种免疫细胞参与的抗肿瘤免疫反应。

图2. iPS-MnO2@Ce6诱导的基于T细胞应答的肿瘤免疫治疗。(a)激光治疗后不同时间点各组肿瘤CD45+CD3+ T细胞CD4+和CD8+ CTL的流式细胞分析图。各组治疗后不同时间点肿瘤组织中(b)TNF-α和(c)IFN-β的含量。(d)CD4+Foxp3+调节性T细胞(Treg)在CD4+T细胞中的比例。

作者简介

崔大祥

本文通讯作者

上海交通大学 讲席教授

▍主要研究领域

纳米材料的制备、生物学效应与安全性评价；基于纳米粒子标记与纳米效应的肿瘤早期诊断系统与传感器的研制；多功能纳米探针与肿瘤的分子影像；胃癌相关的基因与蛋白质的结构与功能研究；基于纳米技术的CIK与干细胞治疗技术；高效基因或药物递送系统。

▍主要研究成果

在Advanced Materials, ACS Nano, Advanced Functional Materials, CancerRes, Molecular Therapy, Scientific Reports，Biomaterials, Analytical Chemistry, Small, Biosensors & Bioelectronics, Applied Physics Letters等国际专业杂志上发表SCI论文200多篇，ESI高引论文12篇，他引100次以上论文15篇。研究成果获国家科技进步二等奖1项，中国电子学会技术发明二等奖1项，中国产学研创新成果奖1项，军队科技进步2等奖1项，陕西省科技进步2等奖1项，获欧洲与美国专利1项，中国专利授权30项, 主编专著1部，参与编写出版专著8部,其中英文专著5本，参与开发的部分产品获医疗器械证5个。

张春富

本文通讯作者

上海交通大学 教授

▍主要研究领域

课题组研究主要集中在基于纳米技术的多模态分子影像肿瘤诊疗方面的研究。通过纳米载体合理设计，实现多模态影像引导肿瘤精准递送，并结合相关的疗法，探索肿瘤抑制的新策略。主要研究方向包含：1. 多模态纳米分子影像探针技术及肿瘤诊、疗研究；2. 纳米材料肿瘤免疫微环境调节及转移灶抑制；3. 放射性药物及临床应用研究。

▍主要研究成果

作为第一或通讯作者发表包括Advanced Science, ACS Nano, Advanced Functional Materials, Cancer Research, Theranostics, Biomaterials, Nanoscale等文章66篇，授权专利2项。曾先后获得教育部自然科学奖二等奖和上海市科学技术奖一等和二等奖各一项。目前为包括Nanomedicine: Nanotechnology Biology and Medicine在内多个英文杂志编委，担任ACSNano、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Journal of American Chemical Society、Small、Theranostics等二十多个期刊特约审稿人。目前承担有国家自然基金项目、上海市科委重点课题和国家重大研发计划子课题的研究。

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报》编辑部

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Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc)，包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子：12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore：12.9，材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区：材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820)，欢迎关注和投稿。

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