工程化细胞外囊泡介导铂类前药-免疫检查点阻断剂纳米粒逆转顺铂耐药肿瘤的研究

Cisplatin-resistant carcinoma in the clinic is one of the bottlenecks in the application and development of current platinum drugs. In our prior studies, redox-sensitive platinum prodrug (PP) nanoparticles (NPs) had been proved to reverse cisplatin-resistance of carcinomas to some extent. In this project, PP will be optimized by Computer Aided Drug Design, and then embedded into hydrophobic domains of the tertiary structure of immune checkpoint blocker (ICB) by nanotechnologies to construct redox-responsive PP/ICB NPs. Extracellular vesicles (EVs) with the ability to recruit and activate immune cells are secreted by dendritic cells. Herein, apart from their inherent immune properties from parent cells, EVs will be functioned with excellent tumor targeting and long blood circulation by re-engineering with epidermal growth factor (EGF) and polyethylene glycol (PEG) to form EPEVs. After that, EPEVs-PP/ICB NPs will be obtained by loading PP/ICB NPs into EPEVs via incubation, freeze-thaw, extrusion, sonication or electroporation. In vitro and in vivo evaluation of EPEVs-PP/ICB NPs will be focused on the stability, immunocompetence, targeting, and biosafety. Besides, the reversal mechanisms of cisplatin-resistance by the synergistic effect of chemotherapy and immunotherapy will also be explored (Immune activation by EPEVs, redox-triggered dissociation by PP/ICB NPs, apoptosis induced by PP, immunosuppression relieved by ICB, immune attack from T cells). This project will lay a solid foundation for EPEVs-PP/ICB NPs to reverse cisplatin-resistant carcinoma and provide prospects for the clinical translation.

临床肿瘤顺铂耐药是当前铂类抗肿瘤药物应用和研发的重要瓶颈之一，申请人前期建立的铂类前药（PP）纳米粒（NPs）可部分逆转肿瘤顺铂耐药性。应用此类PP，本项目拟针对免疫检查点阻断剂（ICB）蛋白三级结构，采用计算机辅助药物设计优化PP与之疏水域嵌合，构建还原敏感PP/ICB NPs。树突状细胞可分泌募集、动员免疫系统的细胞外囊泡（EVs），本项目拟对其进行表皮生长因子（EGF）和聚乙二醇（PEG）工程化改造，构建免疫响应、主动靶向、长循环EPEVs。PP/ICB NPs经物理方法载入EPEVs构建细胞外囊泡-纳米粒，考察其稳定性、免疫活性、靶向性与安全性，重点探讨化疗与免疫协同杀伤顺铂耐药肿瘤的机制（EPEVs免疫动员-PP/ICB NPs还原解离-PP触发凋亡-ICB解除免疫抑制-T细胞攻击活化）。本项目将为细胞外囊泡-纳米粒递送系统逆转顺铂耐药肿瘤提供理论和实验依据，为临床应用奠定基础。

本项目旨在探索天然生物膜包载纳米粒的设计，协同化学疗法和免疫疗法治疗恶性肿瘤，为解决临床肿瘤耐药、复发等提供重要借鉴思路。基于铂类药物为核心，构建疏水性质可调的铂类前药，通过纳米沉淀法设计一种简单、智能、高效的纳米粒体系，用于化学疗法；基于免疫细胞为核心，构建免疫功能健全的细胞外囊泡，用于免疫疗法；通过构建核壳结构药物递送体系实现恶性肿瘤的多模态治疗。.首先设计了带电性与疏水性可调的非多肽类氨基酸聚合物，构建核壳结构纳米粒，初步探索其增强化学疗法的作用。以非多肽类氨基酸聚合物为平台，创新性的构建了树突状细胞囊泡仿生纳米疫苗。合成了一系列疏水性质不同的奥沙利铂前药，并采用非多肽类氨基酸聚合物构建纳米粒核心。同时，肿瘤抗原刺激树突状细胞，分离细胞外囊泡。通过超声挤出法得到肿瘤抗原负载树突状细胞囊泡包裹纳米粒（NP/mDs），治疗性树突状细胞膜囊泡仿生纳米疫苗将树突状细胞疫苗免疫治疗和奥沙利铂化学治疗整合到一个平台并产生协同增效作用，联合αPD-L1进行免疫检查点阻断治疗解除肿瘤微环境的免疫抑制，相互协同调控肿瘤微环境，抑制肿瘤增殖，诱导肿瘤特异性免疫应答并建立长期的免疫记忆效应，解决了单一树突状细胞疫苗治疗面临的免疫原性不足和肿瘤微环境免疫抑制的问题。.本研究还构建了细胞外囊泡介导的铂药前药-白蛋白纳米粒体系，用于肺转移性乳腺癌精准化疗。合成了一系列疏水性质不同的顺铂前药，通过计算机辅助药物设计，分子模拟顺铂前药与人血清白蛋白结合最稳态，指导嵌合纳米粒构建。为了提高肿瘤趋向性，分离小鼠巨噬细胞衍生的细胞外囊泡，采用循环超声法将嵌合纳米粒导入囊泡内，构建巨噬细胞囊泡包载的嵌合纳米粒（NPs/Rex）。在抑制原位肿瘤增殖的同时，显著的降低了远端转移灶的发生，最大程度降低了顺铂带来的不良反应，实现铂类药物的高效递送，为肿瘤精准化疗提供了新思路。.本项目表明天然生物膜包载纳米粒的设计在恶性肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。