仿生光热纳米粒协同放疗增强PD-L1抑制剂在非小细胞肺癌疗效的研究

Locoregional recurrence and distant metastasis post radiochemotherapy are the primary cause of poor survival of non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. Immune checkpoint inhibitors (ICI) bring hope to the immunotherapy of NSCNC, but only a small minority of advanced NSCLC patients responds to ICI. Previous studies have shown that radiotherapy (RT) or photothermal therapy (PTT) can sensitize tumors to ICI therapy and prevent the locoregional recurrence and distant metastasis of NSCLC to a certain degree. However, these strategies still have the disadvantages of inconstant efficacy and ease recurrence. Therefore, in this project, PTT using biomimetic photothermal nanoparticlesis combined with RT to improve the treatment of NSCLC, release more NSCLC-derived antigens, and induce powerful inflammation and immunological response. Synergized with PD-L1 inhibitor, primary tumors and distant metastasis are hoped to be eradicated. Furthermore, the functional mechanism of the combination treatment on tumor microenvironment and how to generate anti-tumor immune response would be illustrated systematically at the level of molecule, cell and animals. Overall, the combined therapy strategy has great theoretical significance and clinical value to reduce the local and distance recurrence in NSCLC.

非小细胞肺癌（NSCLC）放化疗后局部复发和远处转移是患者总体生存差的主要原因。免疫检查点抑制剂（ICI）为免疫治疗NSCLC带来希望，但晚期NSCLC中客观缓解率低。前期研究已证实放疗或光热治疗（PTT）能明显提高ICI的疗效，在一定程度上可以控制肿瘤局部复发和远处转移，但存在疗效不稳定、易复发的缺点。鉴于此，本研究通过设计具有肿瘤归巢功能的仿生光热纳米粒，将PTT和放疗融为一体，提高肿瘤局部治疗的效果，同时释放更多的肿瘤抗原，激活机体产生强烈的炎症反应和免疫应答；联合PD-L1抑制剂，协同加强对体内残留肿瘤细胞的杀伤，抑制远处转移病灶的形成。将采用分子、细胞与动物实验等方法系统研究该联合治疗策略对肿瘤微环境的影响,以及激活机体抗肿瘤免疫的机制。本研究的完成对降低NSCLC局部复发和远处转移有着重要的理论意义和潜在的临床应用价值。

背景：免疫治疗尤其是免疫检查点抑制剂（ICI）的使用是治疗非小细胞肺癌（NSCLC）的重要新兴途经之一，但ICI治疗总体有效率不高（仅为20-30%），限制其临床应用。研究发现，热疗和放疗均能在有效治疗NSCLC的基础上进一步增强ICI的疗效，而新型纳米材料的应用使热疗和放疗提高ICI疗效成为可能，但普通纳米粒靶向性差和易被免疫系统清除。本课题提取具有肿瘤归巢特性的间充质干细胞（MSC）膜，包被可生物降解的多功能纳米载体聚甲基丙烯酸（PMAA），高效搭载光热制剂Cypate，伪装成“自我”，减少免疫清除，可高效、准确地将光热制剂递送到肿瘤部位行光热治疗与放疗，协同ICI，对肿瘤多重杀伤，提高NSCLC免疫治疗疗效。.方法：通过回流沉淀聚合法制备PMAA柔性纳米粒，络合反应搭载光热治疗药Cypate，并包被MSC细胞膜，构建具有主动靶向功能的仿生光热纳米粒Cyp-PMAA@MSCs，对其表征，行体内外实验评价其光热效应和协同放疗杀伤肿瘤的能力：在体外，通过CCK-8法评价材料毒性，激光共聚焦显微镜观察Cyp-PMAA@MSCs的靶向性，定性定量实验评估Cyp-PMAA@MSCs光热杀伤及联合放疗对细胞损伤的效果；在体内，通过活体成像比较MSC膜和红细胞膜包被纳米粒靶向性差异，比较Cyp-PMAA@MSCs和对照组在肿瘤部位光热效应差异，比较不同治疗组肿瘤体积及肿瘤病理变化，评价联合治疗效果。.结果：成功构建Cyp-PMAA@MSCs纳米粒，具有很好的安全性、靶向性和光热效应。1、安全性好：在体外，细胞相对存活率94%；2、靶向性高：在体外，材料在肿瘤细胞高效富集，在体内，Cyp-PMAA@MSCs比红细胞膜在肿瘤部位富集多95%；3、光热效应强：在体外，Cyp-PMAA@MSCs升温效果比对照组高24倍，对细胞光热相对杀伤率74%且不影响细胞对X射线的吸收，在体内，肿瘤温度可以在42-43 ℃维持至少20 min，升温效果比对照组高约12 ℃，联合治疗后，联合治疗组比对照组肿瘤体积小88%，病理切片提示联合治疗组比对照组有更多细胞坏死和凋亡。.结论：Cyp-PMAA@MSCs在体内外实验均有很好的安全性、靶向性和光热效应，该结果进一步证明此智能仿生光热纳米递药系统和放疗协同ICI能明显提高对NSCLC的杀伤效果，具有很好的临床应用价值。