一种载免疫佐剂的磁性骨水泥系统在交变磁场中产生的肿瘤疫苗作用及其机制研究

A new therapeutic strategy that can inhibit metastatic tumor of bone will be developed by combining adjuvant magnetic polymethylmethacrylate(PMMA) bone cement-based magnetic hyperthermia with checkpoint-blockade immunotherapy .Imiquimod (R837), a Toll-like-receptor-7 agonist, magnetic nanoparticle(MNP) and PMMA are assembled .The formed R837-PEG-MNPs-PMMA bone cenment placed in an alternating magnetic field can generate tumour-associated antigens ,showing tumor vaccine-like functions. In combination with the checkpoint-blockade immunotherapy using anti-cytotoxic T-lymphocyte antigen-4 (CTLA4), the generated immunological responses will be able to attack remaining tumour cells in rabbits, effective in metastasis inhibition.14 days after treatments ,rabbits which occur tumour recurrence are injected with R837-PEG-MNPs then survival time and viability are assessed .The triple therapy, using ’operation and R837-PEG-MNPs-PMMA placed in an alternating magnetic field’+ ‘CTLA4 checkpoint-blockade immunotherapy’+ ‘R837-PEG-MNPs magnetofluid’ ,can not only treat pathologic fracture but also inhibit metastasis,which may provide a new therapeutic strategy to cure metastatic tumour of bone.

制备一种含有磁性纳米颗粒的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥，载有R837（一种强效的Toll样受体7兴奋剂）在交变磁场中对肿瘤产生“肿瘤疫苗”样作用。在此基础上辅以细胞毒性T细胞相关蛋白4（CTLA4）免疫检查点阻断法通过对T细胞的调节进一步加强抗肿瘤免疫反应。用“手术＋载有R837的磁性骨水泥＋CTLA4免疫检查点阻断法”对兔VX-2骨转移瘤模型在外加磁场下进行治疗。对于治疗14天后出现复发的兔子采用加注载有R837的磁性纳米颗粒，观测兔子的生存时间和存活率。这种“手术＋载有免疫佐剂的磁性骨水泥”＋“CTLA4免疫检查点阻断法”＋“载有免疫佐剂的磁流体”的三联疗法可能具有安全，经济，高效的特点，不仅能有效地引起体内抗肿瘤免疫反应而且能治疗由于骨转移瘤引起的病理性骨折，减轻了患者的痛苦，为临床治疗骨转移瘤提供了一种新的思路。

磁热疗是利用磁性物质在交变磁场中产生的损耗，将电磁能转换成热能，进而实现组织内靶向热疗。磁场可以到达足够深度的组织（>15cm）而几乎不发生能量衰减，因此利用磁性物质在磁场中的产热来治疗肿瘤引起了广泛关注。本课题利用反相微乳法制备了一种产热性能良好的磁性纳米颗粒，并通过表面修饰降低生物毒性，更有利于向临床应用转化，而且制备新型磁性骨水泥对动物模型骨肿瘤有较好的治疗效果，并降低病理性骨折的概率。首先本实验制得的22nm的Co0.04Fe2.96O4 具有良好的磁学性能、产热性能和生物安全性。含5%Co0.04Fe2.96O4磁性纳米颗粒的磁性骨水泥在交变磁场中不仅能诱导骨肿瘤细胞的凋亡还能有效地抑制骨肿瘤细胞的增殖。此外其在兔体内能有效地抑制骨肿瘤的生长的同时对兔的肝、肾功能无影响。进一步改进工艺，制备出具有高产热效能的Zn0.5Fe2.5O4 磁性纳米颗粒，通过二氧化硅包覆，使磁性纳米颗粒由疏水性转变为亲水性，具有良好的胶体稳定性，高饱和磁化强度，较高的SAR值，能在低浓度下即可达到临床所需热疗温度。所制备磁流体、磁性骨水泥体外细胞毒性低，掺杂1% Zn0.3Co0.1Fe2.6O4磁性纳米颗粒的磁性聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥具有优异的产热性能优异，其力学强度达到临床使用要求，且具有较好的低场响应性，该磁性骨水泥能在AMF中通过磁热疗作用可抑制肿瘤增殖、抑制骨吸收，延长骨转移瘤动物模型生存时间，并将磁性骨水泥置入试验动物体内观察一年，骨水泥组成元素比例较植入前无明显变化，实验动物血常规、肝肾功能，炎性指标较对照组无异常表明磁性骨水泥长期体内毒性较低。利用逆向蒸发法将聚乙二醇修饰磁性纳米表面并进行小分子药物咪喹莫特及叶酸搭载，构建锌铁氧体磁性纳米颗粒-聚乙二醇-咪喹莫特-叶酸复合载药系统并对该纳米颗粒载药系统进行表征，符合药物释放方面符合要求，有望成为新型的免疫佐剂缓释载体，实现了肿瘤磁热疗，药物靶向递送相结合，为临床骨肿瘤的治疗提供了一个新的治疗策略。本项目相关成果在国内外期刊发表论文26篇，其中SCI收录7篇。授权国家专利14项，其中发明专利7项。