您在这里:
官方发布 新闻中心 健康之声
Nat Commun.丨免疫疗法新思路!原位自组装双靶点抑制剂,全面激活抗肿瘤免疫反应
Nat Commun.丨免疫疗法新思路!原位自组装双靶点抑制剂,全面激活抗肿瘤免疫反应
INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background尽管靶向程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)或其配体程序性死亡配体1(PD-L1)的免疫检查点抑制剂在多种癌症中展现出了显著的疗效,但对乳腺癌(BCs)和胰腺癌(PCs)等免疫静止性肿瘤疗效有限。巨噬细胞作为肿瘤微环境(TME)中的关键免疫细胞,不仅通过吞噬作用直接清除癌细胞,还通过抗原递呈和炎性细胞因子的产生,在连接先天免疫和适应性免疫中发挥着至关重要的作用。然而,癌细胞能够通过上调“别吃我”信号,如CD47和CD24,来抑制巨噬细胞的吞噬功能。因此,开发针对这些抗吞噬信号的抑制剂,以恢复巨噬细胞的吞噬活性,成为了增强抗肿瘤免疫反应的新策略。 然而,当前针对单一膜蛋白靶点的抑制剂设计存在诸多局限性,如特异性不足、药效有限以及可能产生的副作用等。为了解决这些问题,广东省心血管疾病生物医学工程技术研究中心蔡延滨等人创新性地提出了超分子组合原位组装CD47和CD24双靶点抑制剂(PAC-SABIs)的概念。该抑制剂通过仿生配体定向表面扩增和酶催化自组装技术,能够在癌细胞膜上实现原位自组装,并呈现生物活性图案,从而同时阻断CD47和CD24两种抗吞噬信号,显著提高巨噬细胞的吞噬能力。此外,这种设计还充分利用了超分子肽工程的优势,实现了多靶点、可编程性和空间控制的完美结合,为下一代免疫疗法的开发提供了全新的思路和方法。(图1)图1.PAC-SABIs的设计和提出的机制。RESULTS•✦研究结果✦•1.PAC-SABIs在肿瘤细胞膜上的原位自组装首先通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)成像直接监测到 PAC-SABIs 在癌细胞膜上实现原位自组装的过程,并通过扫描电镜观察到PAC-SABIs首先附着在细胞的粘附边缘,然后沿着细胞表面迁移,最终形成覆盖细胞膜的3D网络支架。体外实验表明,PAC-SABIs 能显著抑制 4T1 和 PAN02 细胞的侵袭和集落形成(图2)图2.PAC-SABIs在BC和PC细胞膜上的原位自组装。2.PAC-SABIs治疗促进癌细胞的吞噬清除PAC-SABIs能显著增强巨噬细胞对癌细胞的吞噬作用,其作用超越了直接抗 CD24 mAb 或 超分子组装的CD47单靶点抑制剂(SAMIs)的阻断作用。且巨噬细胞吞噬活性的增强主要是由于 PAC-SABIs 对CD47 和 CD24 的抑制作用,而不是巨噬从 M2 型向 M1 型表型的转变。(图3)图3.通过PAC-SABIs治疗促进癌细胞的吞噬清除。3.体内抗肿瘤疗效和免疫反应PAC-SABIs 在小鼠体内具有良好的生物安全性。体内结果表明,PAC-SABIs不仅激活了给予巨噬细胞的固有免疫反应,还增强了适应性抗肿瘤免疫反应。PAC-SABIs 在 BC 和 PC 模型中都能显著降低肿瘤生长。在 BC 异种移植模型中,PAC-SABIs 的抑瘤效果明显强于双抗体联合疗法。PAC-SABIs具有对抗肿瘤免疫微环境(TIME)中的抗炎特性的能力。此外,在免疫、炎症过程、巨噬细胞吞噬能力和抗原递呈中起核心调节作用的基因在接受 PAC-SABIs 治疗后出现了明显上调。(图4)图4.PAC-SABIs的体内抗肿瘤作用。HIGHLIGHTS•✦研究亮点✦•1成功开发了针对CD47和CD24的双靶点抑制剂PAC-SABIs,该抑制剂通过增强巨噬细胞的吞噬能力和全面激活抗肿瘤免疫反应,展示了其作为新型肿瘤治疗策略的巨大潜力。2PAC-SABIs结合了主动靶向与酶指导的自组装,实现了对生物活性的精准时空控制。其独特的纳米结构能迅速形成动态的仿地衣细胞膜涂层,有效促进巨噬细胞对癌细胞的吞噬清除,提高了治疗效率和特异性。3PAC-SABIs在动物实验中表现出低剂量高效、长期稳定性和低毒副作用的特点,为其临床应用奠定了坚实基础。此外,其模块化设计允许未来加入更多功能模块,为个性化定制治疗提供了可能。参考文献[1] Zhang, W., Zeng, Y., Xiao, Q. et al. An in-situ peptide-antibody self-assembly to block CD47 and CD24 signaling enhances macrophage-mediated phagocytosis and anti-tumor immune responses. Nat Commun 15, 5670 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49825-6END文案 | 张婷婷排版 | 张婷婷审核 | 姜笑南发布|姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们,获取生命科学学界前沿|促进更多的学术交流与合作业界前沿|促进更快的产品创新与应用政策前沿|促进更好的治理实践与发展
2024-07-18
Advanced Materials丨机器学习辅助设计双锁探针:肝癌手术更精准
Advanced Materials丨机器学习辅助设计双锁探针:肝癌手术更精准
INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background肝癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一,其早期诊断和治疗至关重要。肝癌的发病机制复杂,涉及多种因素,包括病毒感染、酒精、脂肪肝等。肝癌的早期症状不明显,往往在晚期才被发现,此时治疗难度大,预后差。荧光手术导航作为一种新兴技术,能够帮助医生更精确地切除肿瘤,并最大程度地保留健康组织,减少术后并发症。肿瘤细胞代谢旺盛,产生大量酸性物质,导致溶酶体酸化。因此,肿瘤细胞内溶酶体pH值显著低于正常细胞。pH值可以作为肝癌微环境的酸碱度标志,用于区分肿瘤细胞和正常细胞。组织蛋白酶是一类重要的溶酶体蛋白酶,在肿瘤侵袭和转移过程中发挥着重要作用。组织蛋白酶能够降解细胞外基质,促进肿瘤细胞浸润和转移。此外,组织蛋白酶还能够激活其他蛋白酶,进一步促进肿瘤的进展。荧光探针是荧光手术导航的关键,直接影响手术的结果。传统的单锁荧光探针(例如仅响应pH值或组织蛋白酶)在复杂的生物环境中容易受到干扰,导致信号/背景比(SBR)低,影响成像的准确性。为了克服这一局限性,本研究设计了双锁荧光探针SiR-CTS-pH,使其同时响应pH值和组织蛋白酶。传统探针设计主要依赖于化学家和生物学家的经验,难以保证设计的准确性,且研发周期长,需要进行大量的实验,需要消耗大量的试剂和材料,成本高。机器学习算法能够从大量的数据中学习规律,并预测未知分子的性质,从而指导分子设计和合成。因此,本研究利用机器学习辅助设计了一例新型双锁荧光探针SiR-CTS-pH,以提高荧光导航手术切除肝癌的准确性和SBR。(图1)图1 荧光探针的设计理念和应用CONTENTS•✦研究方法✦•1机器学习辅助设计数据收集:从文献中收集了113种具有实验pKcycl值的氧杂蒽染料数据,并使用简化分子输入线性系统(SMILES)进行结构表示。特征提取:使用扩展连接指纹(ECFP)进行结构表征,并进行了特征降维,最终保留了49个重要的特征。模型训练:使用六种不同的机器学习算法(KRR、rbf-kernel-based SVR、RF、XGB、LGB、ANN)进行模型训练,并通过十折交叉验证进行模型评估。模型选择:根据模型性能指标(R2、RMSE、MAE),选择了XGB模型作为最终的预测模型。模型解释:使用SHAP分析对模型进行解释,揭示了分子结构特征对pKcycl值的影响,并指导了新型荧光探针分子的设计。2理论计算使用DFT计算SiR-CTS-pH和SiR-pH的分子构象和电子结构,解释其光谱特性。使用分子对接技术模拟SiR-CTS-pH与组织蛋白酶的结合模式,解释其响应组织蛋白酶的机制。3体外实验pH响应实验:在Britton-Robinson (B-R) 缓冲溶液中,测试SiR-pH和SiR-IapH的pH响应能力。组织蛋白酶响应实验:在含有组织蛋白酶的缓冲溶液中测试SiR-CTS-pH的响应特性。细胞成像实验:在肝癌细胞(HepG2)和正常细胞(HL-7702)中测试SiR-pH、SiR-CTS和SiR-CTS-pH的细胞成像效果,并建立肝癌细胞和正常细胞的混养模型以及三维立体细胞球模型模拟体内肿瘤细胞的生长环境。细胞毒性实验:使用CCK-8法测试SiR-CTS-pH和SiR-pH的细胞毒性。细胞共定位实验:使用Lysosome Tracker Green评估SiR-CTS-pH在溶酶体中的定位能力。光稳定性实验:使用激光扫描显微镜测试Si-Rhodamine-pH和Lysosome Tracker Green的光稳定性。4体内实验皮下肿瘤小鼠模型:建立皮下肿瘤小鼠模型,并在肿瘤部位注射SiR-pH、SiR-CTS和SiR-CTS-pH,观察其荧光成像效果。肝癌小鼠模型:建立肝癌小鼠模型,并分别进行尾静脉注射和原位喷洒SiR-CTS-pH,观察其荧光成像效果。组织切片实验:对肝癌小鼠的肝脏进行组织切片,并使用免疫荧光染色和苏木精-伊红 (H&E) 染色,验证SiR-CTS-pH的成像效果。图2 机器辅助探针设计RESULTS•✦研究结果✦•基本信息描述1. 机器学习模型准确有效模型能够准确预测氧杂蒽染料的pKcycl值,并成功指导设计了新型荧光探针分子。染料SiR-pH的预测pKcycl值为3.95,而染料SiR-IapH的预测pKcycl值为4.10。此两种染料的预测pKcycl值均低于4.5,适合溶酶体酸激活探针的设计。(图2)2. 光谱实验结果染料SiR-pH的实验pKcycl值为3.95,而染料SiR-IapH的实验pKcycl值为4.10。因此,选择SiR-pH作为探针的母体,并引入组织蛋白酶特异性基团Val-Cit,构建双锁探针SiR-CTS-pH。探针的光谱响应实验结果表明,SiR-CTS-pH能够序列响应组织蛋白酶和pH,实现荧光信号的开启,具有高选择性、响应迅速,灵敏度高等优点,为肝癌的精准治疗提供了新的思路和工具。(图3)3. 细胞实验结果无论是在单独培养的肿瘤细胞和正常细胞模型,还是肿瘤细胞和正常细胞的混养模型,亦或是三维立体细胞球模型中,与单因素激活的对比探针相比,SiR-CTS-pH具有更高的SBR和更强的肿瘤细胞识别能力,能够准确区分肝癌细胞和正常细胞(图4和图5)。使用Lysosome Tracker Green验证SiR-CTS-pH在HepG2细胞中的溶酶体定位,共定位效果良好。商业染料Lysosome Tracker Green在连续照射10分钟后,荧光强度降低约50%。与商业染料相比,Si-Rhodamine-pH在连续照射10分钟后,荧光强度降低约30%。以上结果表明探针具有良好的光稳定性,适合成像。4. 体内成像结果在皮下肿瘤小鼠模型中,SiR-CTS-pH的荧光成像效果明显优于SiR-pH和SiR-CTS,肿瘤与正常组织的荧光强度比值高达7.4,而对比探针SiR-CTS(不具备pH激活能力)的比值为2.3,SiR-pH的比值为2.0。(图6)在肝癌小鼠模型中,尾静脉注射SiR-CTS-pH后,肿瘤部位的荧光成像效果明显,能够区分肿瘤和正常组织。(图6)原位喷洒SiR-CTS-pH后,肝上的肿瘤处的荧光信号明显,能够精准地照亮整个肿瘤轮廓,而正常肝组织无荧光。(图7)使用免疫荧光染色和H&E染色验证SiR-CTS-pH的成像效果,探针区分出来的肝癌细胞与正常细胞的边界与上述两种方法得到的结果基本一致,表明SiR-CTS-pH能够准确识别肝癌组织。(图7)图3 探针对组织蛋白酶和pH的光谱响应结果            图4 探针对肿瘤细胞的特异性成像能力评估  图5 探针在三维立体细胞球模型中区分肝癌细胞的能力  图6 探针在皮下肝癌模型和原位肝癌模型中的成像能力评估  图7 探针在荧光手术导航中的应用DISCUSSION•✦研究讨论✦•总结Summary本文展示了机器学习在指导新型荧光探针设计方面的巨大潜力,并成功开发了一种具有高信噪比和优异肿瘤识别能力的双锁荧光探针 SiR─CTS-pH,为特异性肿瘤成像和荧光手术导航提供了新的工具和方法。未来需要进一步研究 SiR─CTS-pH 在临床应用的可能性,克服临床应用中的困难,最终实现临床转化,造福肝癌患者。参考文献[1] Fei-Fan Xiang, Hong Zhang, Yan-Ling Wu, Yu-Jin Chen, Yan ZhaoLiu, Shan-Yong Chen, Yan-Zhi Guo,Xiao-Qi Yu,and KunLi, Machine-Learning-Assisted Rational Design of Si─Rhodamine as Cathepsin-pH-Activated Probe for Accurate Fluorescence Navigation,Adv. Mater. 2024, 2404828END文案 | 陆细刚排版 | 陆细刚审核 | 陆细刚发布|姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们,获取生命科学学界前沿|促进更多的学术交流与合作业界前沿|促进更快的产品创新与应用政策前沿|促进更好的治理实践与发展
2024-07-18
Biosensors and Bioelectronics | 不可思议!新冠和流感检测在家就能搞定?
Biosensors and Bioelectronics | 不可思议!新冠和流感检测在家就能搞定?
INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background在新冠疫情期间,家庭健康监测技术显得尤为重要,能够有效控制疾病传播,减少交叉感染,缓解医疗资源压力。近年来,便携式检测技术(POCT)在家庭健康监测中的应用越来越广泛。然而,现有的家庭检测技术往往需要复杂的操作步骤,限制了其普及应用。为了满足家庭健康监测的需求,开发一种操作简便、高灵敏度的家庭检测技术成为当务之急。研究目的Objectives该研究开发一种时间分辨的级联逻辑门微流控芯片(TCLMC),利用毛细管力实现一步法操作,无需人工干预或专业设备。通过类比电路中的逻辑门,TCLMC能够自动控制液体流动并调节孵育时间,从而优化免疫分析。研究的目标是实现对新冠病毒(SARS-CoV-2)和流感B病毒(Flu B)的高灵敏度检测,并验证其在临床样本中的应用。KEY POINTS•✦研究要点✦•研究过程Sampling1、TCLMC的设计与操作 TCLMC芯片(75毫米长,25毫米宽)包括五个主要功能结构:储液室、混合室、定时器、检测室和毛细管泵。芯片通过毛细管力驱动液体流动,实现一步法免疫分析。检测抗体预先定位在储液室1和储液室2中,根据吉布斯边缘效应,液体在毛细管触发阀(CTV)处被截留。(见图1)图1 TCLMC的概览和工作机制(该图展示了TCLMC芯片的设计和工作机制。芯片包括五个主要功能结构:储液室、混合室、定时器、检测室和毛细管泵。通过毛细管力驱动液体流动,实现一步法免疫分析。)2、一步法操作的实现 TCLMC系统能够通过毛细管力实现一步法免疫分析检测。毛细管力在微流控通道内产生负压,驱动液体流动。液体接触角小于90°时,毛细管力占主导地位,推动液体自发流入微通道,实现自动化操作。(见图2)图2 TCLMC中的AND逻辑操作(图2展示了TCLMC系统如何通过毛细管力实现一步法免疫分析检测。液体在毛细管内产生负压,自发流入微通道,实现自动化操作。)3、时间分辨操作 通过设计毛细管触发阀(CTV),实现了时间分辨操作。CTV根据吉布斯边缘效应调节毛细管压力,控制液体流动。液体通过CTV后流入定时器和检测室,在设定时间内进行免疫反应。通过Navier-Stokes方程计算流速,优化了免疫反应时间。(见图3)图3 TCLMC中的时间分辨操作(图3展示了通过设计毛细管触发阀(CTV)实现时间分辨操作。液体通过CTV后流入定时器和检测室,在设定时间内进行免疫反应。)4、视觉验证 通过彩色染料验证了微流控系统中一步法和时间分辨操作的可行性。两种不同颜色的染料在CTV1处相遇,并继续流入蛇形通道。检测通道形成封闭空间,样品在定时器设定时间内填满后重新开始流动,验证了系统的稳定性。5、免疫检测优化 通过研究和优化TCLMC中的免疫检测,选择了最佳捕获抗体浓度,并建立了标准曲线。研究结果显示,TCLMC对Flu B和SARS-CoV-2的检测限分别为79.17 pg/mL和134.94 pg/mL,显著高于现有的家庭检测平台。(见图4)图4 TCLMC对SARS-CoV-2和Flu B的灵敏度(图4展示了TCLMC对SARS-CoV-2和Flu B的灵敏度。研究结果显示,TCLMC对Flu B和SARS-CoV-2的检测限分别为79.17 pg/mL和134.94 pg/mL。)6、临床验证 为验证TCLMC的临床性能,使用商业化ELISA试剂盒检测12例Flu B患者和24例健康对照的唾液样本。结果显示,TCLMC对Flu B的检测灵敏度和特异性均达到100%,显著优于ELISA试剂盒。(见图5)图5 干扰素刺激基因(ISGs)的作用(图5展示了TCLMC在临床样本中的应用。结果显示,TCLMC对Flu B的检测灵敏度和特异性均达到100%,显著优于ELISA试剂盒。)FINDINGS•✦研究亮点✦•1、高灵敏度一步法检测:TCLMC通过毛细管力实现一步法操作,无需人工干预,检测限显著低于现有技术。2、时间分辨操作:通过CTV结构实现时间分辨操作,优化了免疫反应时间,提高了检测灵敏度。3、临床验证:在临床样本检测中,TCLMC表现出极高的灵敏度和特异性,显示出良好的应用前景。DISCUSSION•✦研究结论✦•本研究开发了一种高灵敏度的时间分辨级联逻辑门微流控芯片(TCLMC),实现了对SARS-CoV-2和Flu B的一步法家庭检测。TCLMC通过优化免疫反应时间和毛细管力驱动,展示了其在家庭检测中的巨大潜力,为疾病的早期筛查提供了新的解决方案。未来,TCLMC有望在家庭健康监测和公共卫生管理中发挥重要作用。参考文献[1] Jingwei Chen, Tingting Liu, Yule Zhang, Mengnan Duan et al.One-step time-resolved cascade logic gate microfluidic chip for home testing of SARS-CoV-2 and Flu B, 2024. Biosensors and Bioelectronics 116564. END文案 | 谢晓婷排版 | 谢晓婷审核 | 谢晓婷发布|姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们,获取生命科学学界前沿|促进更多的学术交流与合作业界前沿|促进更快的产品创新与应用政策前沿|促进更好的治理实践与发展
2024-07-17
ACS NANO丨All-in-One!精准打击癌细胞:肿瘤精确成像+联合化疗+光动力疗法
ACS NANO丨All-in-One!精准打击癌细胞:肿瘤精确成像+联合化疗+光动力疗法
INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background肿瘤的早期诊断和治疗对于提高患者生存率和生活质量至关重要。荧光成像作为一种高灵敏度、高选择性、非侵入性的成像技术,在肿瘤诊断和治疗中展现出巨大的潜力。光动力疗法(PDT)和化学动力疗法(CDT)作为新兴的肿瘤治疗方法,具有低毒性、低耐药性等优点,但各自也存在局限性。PDT主要受缺氧环境和光穿透深度限制。CDT的反应效率和靶向性仍然需要进一步研究。近日,香港科技大学唐本忠院士团队开发的TPE-APP探针巧妙地结合了光动力疗法(PDT)和化学动力疗法(CDT)的优势,克服了它们各自的局限性,实现了高效、精准的肿瘤治疗。克服缺氧环境限制:TPE-APP探针在ALP的催化下,可以生成具有强光动力活性的TPE-DMA聚集体,即使在没有氧气的情况下,TPE-DMA聚集体也能通过激发态能量转移产生ROS,实现PDT。克服光穿透深度限制:TPE-APP探针通过靶向肿瘤细胞,在肿瘤细胞内部产生ROS,从而实现深层肿瘤的治疗。克服反应效率有限问题: PE-APP探针在ALP酶的催化下,可以生成具有强化学动力活性的醌甲烷中间体,该中间体可以与肿瘤组织中的还原物质发生反应,产生高毒性的ROS,从而实现高效的CDT。克服靶向性差问题:TPE-APP探针通过靶向肿瘤细胞中的碱性磷酸酶(ALP酶),实现肿瘤细胞的选择性杀伤,从而避免对正常组织的损伤。研究亮点highlightTPE-APP探针的优势:高效ROS生成: TPE-APP探针在ALP的催化下,可以同时生成具有强光动力活性的TPE-DMA聚集体和具有强化学动力活性的醌甲烷中间体,从而实现高效的ROS生成。(图1)精准靶向肿瘤细胞: TPE-APP探针通过靶向肿瘤细胞中的ALP,实现肿瘤细胞的选择性杀伤,从而避免对正常组织的损伤。成像引导治疗: TPE-APP探针的荧光信号可以用于肿瘤成像,从而实现成像引导的治疗。CONTENTS•✦研究方法✦•1光物理性质和ROS生成能力表征ALP响应能力评估;ALP选择性测试;HPLC分析验证识别机制;ROS生成能力评估;光动力活性评估;化学动力活性评估。2细胞实验细胞成像: 使用激光共聚焦显微镜观察TPE-APP探针在细胞内的分布和荧光信号,评估其对肿瘤细胞的特异性成像能力。细胞毒性评估:使用MTT实验评估TPE-APP探针在黑暗条件下和光照条件下对肿瘤细胞的细胞毒性,评估其化疗和光动力活性。细胞凋亡分析:使用Annexin V-FITC/PI染色和流式细胞术分析TPE-APP探针对肿瘤细胞的凋亡诱导作用。细胞膜损伤评估:使用LDH检测试剂盒检测TPE-APP探针对细胞膜的损伤作用。线粒体膜电位评估:使用JC-1探针检测TPE-APP探针对肿瘤细胞线粒体膜电位的影响。3体内实验肿瘤模型建立:将HeLa细胞注射到裸鼠皮下,建立肿瘤模型。体内肿瘤成像:使用活体成像系统观察TPE-APP探针在肿瘤组织中的荧光信号,评估其对肿瘤的特异性成像能力。体内抗肿瘤治疗:将TPE-APP探针注射到肿瘤组织,并给予光照或黑暗处理,评估其对肿瘤生长的抑制作用。组织学分析:使用H&E染色和TUNEL染色分析肿瘤组织的病理学变化,评估TPE-APP探针的抗肿瘤效果。4生物安全性评估体重监测:监测裸鼠在TPE-APP探针处理后的体重变化,评估其毒性。血液学分析:使用血细胞分析仪检测裸鼠在TPE-APP探针处理后的血常规指标,评估其对血液系统的影响。血液生化分析:使用生化分析仪检测裸鼠在TPE-APP探针处理后的血液生化指标,评估其对肝脏和肾脏功能的影响。病理学分析:使用H&E染色观察裸鼠在TPE-APP探针处理后的主要器官的病理学变化,评估其毒性。溶血实验:使用溶血实验评估TPE-APP探针对红细胞的影响,评估其溶血毒性。图1 荧光探针的设计策略图2 探针的体外光谱响应结果和ROS生成能力表征RESULTS•✦研究结果✦•基本信息描述1. 探针具有优异的ALP响应表现和ROS生成能力TPE-APP探针在ALP的催化下,可以发生水解反应,生成具有强发射的TPE-DMA聚集体和具有强化学动力和光动力活性的醌甲烷中间体。(图2)2. 探针能够实现对肿瘤细胞的选择性成像TPE-APP探针可以响应肿瘤细胞中异常表达的ALP生物标志物,在肿瘤细胞中选择性地生成强荧光发射的TPE-DMA聚集体,从而实现对肿瘤细胞的特异性成像。(图3)3. 探针具有良好的细胞杀伤能力TPE-APP探针在黑暗条件下和光照条件下均表现出对肿瘤细胞的特异性、剂量依赖性细胞毒性,且光照条件下细胞毒性显著增强,表明TPE-APP探针可以通过PDT和CDT联合杀伤肿瘤细胞。(图4)4. 探针能够实现体内肿瘤成像和联合治疗TPE-APP探针可以实现对肿瘤的特异性成像,并且通过联合化疗和光动力疗法有效抑制肿瘤生长,且对正常组织无明显毒性。(图5)图3 探针对肿瘤细胞的特异性成像表现            图4 探针对肿瘤细胞的特异性杀伤能力评估  图5 探针在肿瘤小鼠中的成像表现以及联合治疗效果评估DISCUSSION•✦研究讨论✦•研究局限性本研究主要在体外和体内肿瘤模型中进行了实验,还需要进一步研究TPE-APP探针在临床应用中的安全性、有效性和可行性。TPE-APP探针的靶向性和稳定性还需要进一步优化,以提高其在临床应用中的治疗效果。总结Summary本研究开发了一种多功能AIE探针TPE-APP,该探针能够响应肿瘤细胞中异常表达的ALP生物标志物,在肿瘤细胞中选择性地生成强发射的AIE聚集体和具有强化学动力和光动力活性的醌甲烷中间体,从而实现成像引导的联合化疗和光动力疗法。体外和体内实验均证实了TPE-APP探针在肿瘤消融方面的优异性能。这项研究为精准的肿瘤诊断和治疗提供了一种有前景的策略,即通过设计多功能肿瘤特异性生物标志物响应探针来实现成像引导的联合化疗和光动力疗法。参考文献[1] Ling-Hong Xiong, Langyi Yang, Jiangtao Geng, Ben Zhong Tang, and Xuewen He, All-in-One Alkaline Phosphatase-Response Aggregation-Induced Emission Probe for Cancer Discriminative Imaging and CombinationalChemodynamic-Photodynamic Therapy,ACS Nano 2024, 18, 17837−17851.PROFILE唐本忠教授香港中文大学(深圳)教授理工学院院长中国科学院院士亚太材料科学院院士发展中国家世界科学院院士国际生物材料科学与工程学会联合会会士唐本忠教授的主要研究领域包括:聚集诱导发光 (AIE): 唐教授是AIE现象的发现者,并对其进行了深入研究,包括AIE分子的设计、合成、性质和应用等。光功能材料: 致力于开发具有特定光物理和光化学性质的材料,用于光电器件、生物成像、光动力疗法等领域。纳米材料: 研究纳米材料的合成、表征和应用,包括纳米药物、纳米传感器、纳米催化剂等。生物成像: 开发新型荧光探针和成像技术,用于生物分子的检测、细胞成像、肿瘤成像等。光动力疗法: 研究新型光敏剂和光动力疗法,用于肿瘤治疗。目前已发表超过1500篇论文,其研究成果被引用超过11.3万次,H指数达到151。自2014年起,Clarivate Analytics将他列为化学和材料科学领域的高被引学者。他曾获得国家自然科学奖一等奖(2017年)、何梁何利基金会的科技进步奖(2017年)等多项荣誉。目前,他担任Wiley出版社出版的Aggregate期刊的主编。END文案 | 陆细刚排版 | 陆细刚审核 | 陆细刚发布|姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们,获取生命科学学界前沿|促进更多的学术交流与合作业界前沿|促进更快的产品创新与应用政策前沿|促进更好的治理实践与发展
2024-07-16
Cancer Cell | 如虎添翼!HRS-4642联合卡非佐米,增强抗KRAS型癌症疗效
Cancer Cell | 如虎添翼!HRS-4642联合卡非佐米,增强抗KRAS型癌症疗效
INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景BackgroundKRAS G12D是胰腺导管腺癌和结直肠癌中最流行的KRAS突变体亚型。现在已经有几个研究团队用不同的策略开发了KRAS G12D特异型抑制剂。但是这些方案都处于临床前和初步的临床评估阶段,KRAS G12D在临床上仍然不能被药物靶向,而且KRAS抑制剂面临的一个重要挑战是大多数患者对这些治疗没有反应。已经有研究发现西妥昔单抗能够提高靶向KRAS G12C治疗和KRAS G12D抑制剂MRTX1133的抗肿瘤效应。这些研究表明了发现KRAS G12D抑制剂的致敏靶点使用联合疗法来提高抗肿瘤效应的重要性。研究目的Aim1. 评估KRAS G12D特异性抑制剂HRS-4642治疗肿瘤的临床前和临床效果。2. 发现HRS-4642的致敏靶点并使用联合疗法来提高对HRS-4642的敏感性。METHODS•✦研究方法✦•1细胞活力是用CCK-8试剂盒检测的。2表面等离子体共振(SPR)被用来测定KRAS和HRS-4642之间的动力学和亲和力。3LC/MS被用来检测血浆中释放的或是全部的HRS-4642或是肿瘤组织中的HRS-4642。4Ras的活性是用RAS GTPase Chemi ELISA Kit检测的。将细胞提取物加到GST-RAF-RBD涂层板,轻度振荡平衡一小时,用洗涤缓冲液洗三次,加入抗RAS抗体,用洗涤缓冲液洗三次,加入HRP二抗,用洗涤缓冲液洗四次,加入化学发光溶液后用光度计读数。5全基因组CRISPR-Cas9敲除基因的筛选被用来分析HRS-4642的致敏靶点。6流式细胞术被用来分析特定细胞比例的变化。7基于数据独立采集质谱的蛋白组学分析被用来发现蛋白和分析蛋白水平变化。为了发现潜在的协同作用机制进行GSEA分析。FINDINGS•✦研究发现✦•1. HRAS-4642是一种靶向KRAS G12D的抑制剂靶向治疗KRAS G12C的药物已经上市,但KRAS G12D仍然缺乏可行的治疗替代品。为了解决这个问题,作者开发了一种强效的高选择性的靶向KRAS G12D的新型的非共价抑制剂HRS-4642(图1A)。首先作者想要评估HRS-4642与KRAS G12D的动力学和亲和力。SPR实验确认了HRS-4642能够结合KRAS G12D,且KD值比HRS-4642与KRAS G12C和KRAS WT的都小(图1B)。由KRAS/SOS1 AlphaScreen结合实验显示,HRS-4642能够选择性抑制GDP结合的KRAS G12D与SOS1的结合,其半抑制浓度比SOS1与KRAS WT的小(图1C)。活化的RAS检测显示与PC9 KRAS WT相比,HRS-4642可以选择性抑制AsPC-1 KRAS G12D活性(图1D)。由KRAS/RAF1 HTRF结合实验显示,HRS-4642能够选择性抑制GTP结合的KRAS G12D与RAF1的结合,其半抑制浓度比RAF1与KRAS WT的小(图1E)。作者由蛋白免疫印迹(WB)显示高剂量HRS-4642能抑制携带KRAS G12D突变的人类结直肠癌细胞系GP2d中的p-MEK和p-ERK的水平(图1FG)。细胞活力测试结果显示HRS-4642对KRAS G12D生长抑制具有选择性,表现为HRS-4642对于含有KRAS G12D人类癌细胞系的IC50(0.55 to 66.58 nM)比对于其他细胞系的IC50小(248.50 to >10,000 nM)(图IJ)。图1 HRS-4642在体外高效选择性抑制KRAS G12D2. HRS-4642抑制KRAS G12D肿瘤生长接下来作者想要评估HRS-4642的体内治疗效果,作者建立了携带KRAS G12D突变的人类肿瘤细胞AsPC-1或GP2d的BALB/c裸鼠的异种移植肿瘤模型。不同剂量HRS-4642脂质体制剂每周静脉注射一次。与对照组相比,HRS-4642处理的两个模型肿瘤生长都被显著抑制(图2AB)。此外,作者还建立了携带KRAS G12D突变的晚期肺腺癌患者样本的NSG小鼠的异种移植模型,发现与对照相比7.5或者15mpk HRS-4642处理消除了肿瘤的生长(图2C)。由小鼠的体重监测显示HRS-4642在治疗过程中的安全性(图2ABC)。基于这些发现,作者继续用BALB/c裸鼠的GP2d异种移植肿瘤模型来进行药物代谢动力学和药效学标志物分析。3.75, 7.5或者15mpk HRS-4642 脂质体制剂注射一次后在0.5, 8, 24, 72, 120和168 h时间点监测药物在血浆(图2D)和肿瘤组织(图2E)中的浓度和p-ERK/ERK在肿瘤组织中的比值(图2F)。作者观察到HRS-4642剂量升高能提高它在血浆和肿瘤组织中的浓度(图2DE)。7.5或15mpk HRS-4642对p-ERK的抑制作用能达到一周(图2F)。作者还用免疫组织化学检测HRS-4642的抑制增殖和促进细胞凋亡的效果。注射单次15mpk HRS-4642 5天后检测AsPC-1的增殖标志物p-ERK和Ki67(图2GH)以及细胞凋亡标志物切割的PARP和Caspase3(图2IJ)。HE染色确认了HRS-4642的抗肿瘤作用(图2K)。图2 HRS-4642抑制KRAS G12D突变肿瘤的生长3. HRS-4642对携带KRAS G12D的癌症患者的抗肿瘤效应鉴于临床前研究展现出的强效力和选择性,他们开展了一个多中心开放标签的在带有KRAS G12D突变的晚期实体肿瘤病人中的一期临床试验(NCT05533463)。HRS-4642每周静脉注射一次,使用了剂量递增法。到2023年10月17日为止,他们从上海肺科医院招募了9个非小细胞癌患者。HRS-4642导致了2个病人客观的部分反应和7个病人疾病稳定。对于有反应的患者1,在6周治疗后,代表性病变消失了,效果持续了12周。胸腔积液消失了(图3B)。对于有反应的患者2,主要病变在治疗后的大小显著减少了31%。肺泡实变被显著缓解(图3B)。值得注意的是,那两个实现部分应答的患者之前已经在多种全身性治疗取得进展(图3C)。总之,结果显示这些患者对于HRS-4642是有反应的。图3 HRS-4642在携带KRAS G12D突变肿瘤患者中的临床活性4. CRISPR-Cas9筛选分析HRS-4642的致敏和抵抗靶点首先作者对HRS-4642在小鼠的多发性肺癌和胰腺癌细胞系中的效应和特异性也做了评估。CCK-8结果显示与无KRAS G12D的小鼠Lewis肺癌细胞相比,HRS-4642显著抑制携带KRAS G12D突变的小鼠癌细胞系的活力 (肺癌KP-1, KP-1-Clone 6, KP-3和胰腺癌FC1242,FC1242-Clone 5)(图4B)。然后作者对稳定表达Cas9的KP-1-Clone 6和FC1242-Clone 5进行了全基因组CRISPR-Cas9筛选参与HRS-4642敏感性和抵抗性的基因和通路。作者发现FC1242中Sos2, Nras, Raf1, Pik3r1和Akt3 敲除能够增强对HRS-4642的敏感性(图4C)。KP-1中Sos2, Raf1, Cdk4, Cdk6, Aurka和Pik3ca敲除能够增强对HRS-4642的敏感性(图4D)。FC1242和KP-1细胞中有相同的减弱的18条通路参与了对HRS-4642的敏感性。其中有5条通路是和蛋白酶体有关的(图4F)。生存分析显示在肺腺癌患者中,较低表达的蛋白酶体特征与肺腺癌患者较长的无疾病生存期和总体生存期相关(原文附图3BE)。图4 全基因组CRISPR-Cas9筛选发现蛋白酶体抑制作为HRS-4642的协同治疗策略5. 蛋白酶体抑制剂卡非佐米与HRS-4642联用的效应泛素-蛋白酶体系统的失调会影响细胞循环调控,细胞生长,增殖,凋亡,DNA修复和其他与恶化相关的细胞信号通路。为了检验HRS-4642和蛋白酶体抑制剂卡非佐米是否存在协同效应,作者在FC1242, SK-LU-1, KP-1细胞系中进行了药物协同作用分析。作者进行了细胞活力测试和剂量-响应曲线分析,数据分析得到的协同分数显示,除了KP-1中的卡非佐米是相加作用,其他都是协同作用(图ABCD)。作者进行进一步的WB分析(p-ERK/ERK)(图5EFG)和蛋白酶体活力测试(图5H),认为结果确认了卡非佐米显著提高HRS-4642的体外治疗效应。图5 蛋白酶体抑制剂卡非佐米在体外与HRS-4642协同作用在体内,HRS-4642对于FC1242肿瘤生长没有作用,但是和卡非佐米共用能够抑制肿瘤生长且不影响小鼠体重(图6A)。与这个结果一致,HRS-4642和卡非佐米共用对于KP-1和AsPC-1的抑制作用比单独使用两个药物的效果好且不影响小鼠体重(图6BC)。作者还进行了HE染色,认为单一使用HRS-4642对肿瘤侵袭的抑制效果是剂量依赖的,与卡非佐米的共用增强了HRS-4642的抑制效果(图6D),表明HRS-4642的抗肿瘤效应可以被靶向蛋白酶体提高。图6 蛋白酶抑制剂卡非佐米在体内增强HRS-4642的抗肿瘤效应6.HRS-4642单一治疗或者结合卡非佐米诱导抗肿瘤免疫 他们对皮下接种KP-1的C57BL/6小鼠肿瘤组织进行免疫分析检测。流式细胞分析显示接受了HRS-4642或者两种药物共用组的CD45+在活细胞中的比例和CD4+或 CD8+ 在CD45+细胞中的比例显示显著增长(图6FGI)。接受了HRS-4642或者两种药物共用的效应T细胞 CD44+ CD62L- 在CD4+或者CD8+的比例也显著增加(图6HJ)。除此之外,两种药物共用组的功能性分子IFN gamma+和GZMB+在CD8+的比例显著增加,只接受了HRS-4642组的并没有显著变化(图6KL)。总之,HRS-4642尤其结合卡非佐米可能能改造肿瘤微环境促进有抗肿瘤性质的免疫细胞的浸润和激活。图6 HRS-4642和卡非佐米协同作用改变肿瘤免疫微环境7. 卡非佐米结合HRS-4642通过抑制Notch4信号通路和增强干扰素alpha应答发挥作用 为了发现卡非佐米和HRS-4642的协同作用机制,作者用RNA测序和基于数据独立采集质谱技术的蛋白组学对用药物处理或未处理的KP-1细胞分析发生变化的通路。作者由富集分析发现了只在两个药物共用组的RNA和蛋白质水平都显著变化的77条通路(图7A)。Notch4信号通路负调控显示显著上调(图7B)。作者进一步用WB确认Notch4信号通路在协同治疗组的下调,并伴随细胞凋亡增强(图7C)。作者还发现了干扰素alpha反应在单一治疗和共用组都显著上调,且两个药物共用增强了单一药物治疗的效果(图7EFG)。RT-PCR证明了干扰素alpha应答通路中的Ifi30, Irf7, Ddx60, Trim12a, II7表达变化一致上调(图7H-L)。Cxcl16被报道与T细胞浸润、激活和存活相关,它在单一治疗和共用组都显著上调(图7M)。图7 卡非佐米通过抑制Notch4信号通路和促进干扰素alpha通路与HRS-4642协同作用•✦研究讨论✦•KRAS G12D是促进癌症型突变,在这个研究中作者开发了一种具有高度亲和力和选择性的抑制剂HRS-4642,它在体外和体内都展现出对KRAS G12D突变肿瘤的强的效应。但是由于KRAS G12D在不同情境下的促进癌症的作用不同,靶向治疗的效果可能不同。作者因此寻找潜在的能够提高HRS-4642抗肿瘤作用的基因或者通路。他们首次发现蛋白酶体抑制剂卡非佐米结合HRS-4642使用能够提高它的敏感性,这支持了蛋白酶体通路在KRAS突变的癌症中发挥了重要作用。值得注意的是,KRAS不仅影响肿瘤增殖也影响免疫微环境。作者发现HRS-4642或卡非佐米结合使用能够显著促进CD4和CD8 T细胞的浸润。HRS-4642和卡非佐米结合使用可能对治疗携带KRAS G12D的实体瘤有效果。本研究的局限性是临床试验中非小细胞癌患者病例数量有限。9个患者中有2个对药物治疗有反应。总结研究意义HRS-4642能够在体外结合KRAS G12D,在体外和体内抑制KRAS G12D突变的肿瘤生长,它还对KRAS G12D癌症患者有抗肿瘤效果。蛋白酶体抑制剂卡非佐米能够增强HRS-4642在体外和体内的抗肿瘤效应。HRS-4642单一治疗或者与卡非佐米联合使用能够改变肿瘤微环境。Notch4信号通路的下调和干扰素alpha应答的上调可能导致两个药物的协同作用。参考文献[1] Zhou, C., Li, C., Luo, L., Li, X., Jia, K., He, N., Mao, S., Wang, W., Shao, C., Liu, X., et al. (2024). Anti-tumor efficacy of HRS-4642 and its potential combination with proteasome inhibition in KRAS G12D-mutant cancer. Cancer Cell. 42, 1286-1300. doi: 10.1016/j.ccell.2024.06.001.  END文案 | 林夕排版 | 林夕审核 | 林夕发布|姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们,获取生命科学学界前沿|促进更多的学术交流与合作业界前沿|促进更快的产品创新与应用政策前沿|促进更好的治理实践与发展
2024-07-15