儘管付出了巨大的努力，癌症仍然是最致命的疾病之一，因為癌症轉移是癌症患者高死亡率的主要原因。癌症免疫治療可誘導患者的免疫反應，有可能成為未來轉移性腫瘤的治療方式。近年來，隨著人們對腫瘤與免疫系統相互作用認識的不斷深入，腫瘤免疫治療受到了廣泛的關注。在腫瘤免疫治療中，免疫檢查點阻斷療法通過抗體阻斷負性免疫調節途徑，為腫瘤治療取得了一定程度的臨床成功。儘管如此，由於免疫系統激活不足，免疫檢查點療法僅使一小部分患者受益。因此，將原發性和轉移性腫瘤的多種治療方法與免疫檢查點治療結合起來，以增強免疫應答，如冷凍消融、放療、化療、光熱療法和光動力療法等。然而，放射治療和化療在臨床上對病人有嚴重的副作用。此外，廣泛探索的光熱療法（PTT）採用近紅外光治療腫瘤，而光動力療法（PDT）採用紫外/可見光治療腫瘤，由於光穿透的限制，很難用於治療深層腫瘤。因此，尋找一種有效、安全地誘導和促進腫瘤免疫應答的方法至關重要。
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所的施劍林院士和胡萍副研究員、同濟大學吳慶生教授等研究人員，開發了一種聯合的磁熱療法(MHT)和檢查點阻斷免疫療法，用於原發腫瘤消融和模擬轉移腫瘤抑制。研究人員合成了單分散、高性能的超順磁性CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子，並將其用於MHT誘導的原發性腫瘤的有效熱消融。同時，產生了許多與腫瘤相關的抗原，以促進樹突狀細胞（DC）和細胞毒性T細胞的成熟和活化，以有效免疫治療荷瘤小鼠模型中的遠距離模擬轉移性腫瘤。該研究成果以題為“Combined Magnetic Hyperthermia and Immune Therapy for Primary and Metastatic Tumor Treatments”的論文發表在國際期刊ACS Nano上（見文後原文鏈接）。
【圖文解析】
圖1.MNP-DMSA示意圖及腫瘤治療機制圖
(a) CoFe2O4@MnFe2O4納米顆粒和合成MNP-DMSA的示意圖；(b) 轉移性腫瘤的抗腫瘤免疫反應機制,由MHT結合α-PD-L1誘導治療。
解析：採用熱分解法制備了CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子，並用2，3-二巰基琥珀酸(DMSA)對其進行了改性。(1a)。在BALB/c小鼠雙側4T1腫瘤模型中，研究人員使用CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子與α-PD-L1治療相結合，達到了對原發腫瘤的完全消融和顯著的抗腫瘤作用。如圖1b所示，異常抗腫瘤作用的潛在機制和過程如下所示。(1) 原發性腫瘤磁熱消融可產生腫瘤相關抗原。(2) DC識別和攝取腫瘤相關抗原，促進DC成熟和活化。(3) 成熟DC向腫瘤引流淋巴結遷移，向幼稚T細胞遞呈抗原。(4) T細胞(主要是細胞毒T細胞)浸潤到遠處腫瘤，清除癌細胞。(5) α-PD-L1治療有效地阻止了腫瘤免疫對T細胞的抑制，從而顯著增加了腫瘤周圍和遠處的T細胞(主要是細胞毒T細胞)的數量。(6) 細胞毒性T細胞促進血清中細胞因子的分泌，完成腫瘤免疫治療。所有這些免疫反應都能有效地抑制轉移瘤的生長。
圖2. CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子的合成與表徵
(a,b) CoFe2O4@MnFe2O4納米顆粒的低分辨率和高分辨率TEM圖像; (c) CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子的SAED譜圖; (d) CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子的XRD圖譜; (e)300 K下CoFe2O4@MnFe2O4納米顆粒的場依賴性磁化滯回曲線; (f) 油酸包覆CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子（MNP-OA）和2,3-二巰基丁二酸修飾CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子（MNP-DMSA）的FT-IR光譜; (g) MNP-OA在甲苯中分散，MNP-DMSA在水和PBS中分散的照片; (h)不同濃度CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子在AMF（1.7 mT）作用下的磁加熱效應溫度-時間曲線; (i) AMF（1.7 mT）下CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子在水相中的典型實時紅外熱成像。
解析：研究人員製備了尺寸分佈均勻、飽和磁化強度高的超順磁性CoFe2O4@MnFe2O4納米顆粒，由於交換耦合磁性，在AMF作用下表現出優異的磁熱療（MHT）性能。得到的DMSA- CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子在室溫下表現出優異的超順磁性，並且可以穩定地分散在水溶液中，這對生物醫學的應用是至關重要的。重要的是，CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子具有較高的飽和磁化強度和優異的磁熱性能。體外磁熱治療能有效殺滅癌細胞，獲得的癌細胞碎片能促進樹突狀細胞(DC)的成熟和活化。
圖3. CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子的體外磁熱治療
(a) 4T1細胞在不同濃度的CoFe2O4@MnFe2O4納米粒 (0，200，400，600和800 μg/mL) 中孵育8 h，然後在AMF (1.7 mT)下處理300s後的相對細胞存活率; (b) 用500 μg/mL的CoFe2O4@MnFe2O4納米粒孵育4T1細胞8 h後，採用不同的磁熱療方法進行流式細胞儀凋亡檢測和 (c) CLSM圖像分析。
解析：CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子在體內應用的一個關鍵考慮因素是其生物相容性。在此，研究人員研究了CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子與兩種癌細胞(包括4T1細胞(小鼠乳腺癌細胞)、U87細胞(人腦星形細胞瘤細胞)和正常細胞HUVECs(人臍靜脈內皮細胞))的生物相容性。採用典型細胞計數試劑盒8(CCK-8)方法評價CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子的體外細胞毒性。4T1細胞與不同濃度的CoFe2O4@MnFe2O4納米顆粒孵育後，在AMF(1.7 mT)下連續磁熱處理
300 s後，4T1細胞的相對存活率呈現明顯的濃度依賴性下降。磁場熱療對細胞的殺傷作用也與磁場作用時間有關。圖4.磁熱療法對樹突狀細胞體外免疫刺激作用的研究
(a) 展示實驗設計的方案。(b，c) CD11c+門控樹突狀細胞CD80、CD86表達的FACS圖(b)和定量(c)。
解析：將兩種細胞共培養12h(圖4a)。然後用CD11c、CD80和CD86進行抗體染色，流式細胞儀分析DC的成熟情況。研究人員發現MHT後的4T1細胞片段可以極大地提高成熟DC(CD80+CD86+DC)的比例(圖4b和圖4c)。數據表明，磁熱療能夠在體外激活DC。
圖5. MHT聯合α-PD-L1治療對體內免疫治療的促進作用
(a) 以CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子為基礎的MHT和α-PD-L1聯合治療抑制遠處腫瘤生長的示意圖。(b) 不同治療組的腫瘤生長曲線如圖所示（n=6）。(c) 4T1荷瘤小鼠經各種治療後第15天的代表性數碼照片。(d,e) 4T1荷瘤小鼠經不同治療後的生存曲線（d）和時間依賴性體重曲線（e）。
解析：採用BALB/c小鼠雙側4T1腫瘤模型，觀察MHT與α-PD-L1聯合治療的抗腫瘤作用。圖5b為各組的生長曲線，圖5c為各組左側腫瘤的代表性數碼照片。1、2、3組左側腫瘤的生長行為基本相同。以CoFe2O4@MnFe2O4納米粒子為基礎的原發性腫瘤MHT誘導的免疫應答很難延緩遠處腫瘤的生長。重要的是，4組小鼠的遠處腫瘤生長明顯受到抑制，這表明MHT與α-PD-L1抗體聯合應用可顯著促進小鼠的免疫應答。在大約60天內，第4組中只有1只小鼠死亡，而其他3組中的所有小鼠均死亡（圖5d），這證實了MHT和α-PD-L1聯合治療的顯著抗癌作用。
圖6. MHT聯合α-PD-L1治療的機理研究
解析：原發性腫瘤的MHT不僅能完全消融原發性腫瘤，而且能產生多種腫瘤相關抗原，導致DCs的成熟和活化。然後，成熟的樹突狀細胞向未分化的T細胞表達抗原，使其成為腫瘤特異性T細胞。此外，α-PD-L1治療能有效緩解T細胞的免疫抑制，使大量T細胞（主要是細胞毒性T細胞）浸潤到遠處腫瘤並殺死癌細胞。同時，細胞毒性T細胞促進血清中細胞因子的分泌，以輔助腫瘤免疫治療。因此，可以有效地抑制模擬轉移瘤的生長。
【未來工作展望】
與外科手術相比，MHT誘導的免疫治療在轉移性腫瘤的治療中具有廣闊的臨床應用前景，其原因是腫瘤相關抗原的大量生成觸發了全身免疫應答。因此，MHT和α-PD-L1聯合治療可以成為臨床上極具潛力的腫瘤治療策略。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08550
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