生物材料为基础的肿瘤疫苗结合化疗和免疫治疗可治疗三阴性乳腺癌

今天，癌症患者有多种治疗方案，但每一种都有其缺点。化疗杀死快速分裂的癌细胞，但也会损害体内的健康细胞，往往不能有效地防止肿瘤转移或疾病复发。免疫疗法通过对病人的免疫系统起作用以产生持续的抗癌反应来避免这些问题，但由于肿瘤所造成的免疫抑制性局部环境，常常难以接触到肿瘤。

现在，一种新的，最好的双世界方法将化疗对癌症的杀伤力和免疫治疗的长期效果封装到一种基于生物材料的癌症疫苗中，这种疫苗可以在肿瘤部位附近注射。当有侵袭性三阴性乳腺癌(TNBC)的小鼠接种疫苗时，100%的小鼠在注射癌细胞后没有复发。这项研究报告于自然通讯.

“三阴性乳腺癌并不能刺激免疫系统的强烈反应，而现有的免疫疗法也未能治疗它。”在我们的系统中，免疫疗法吸引了大量的免疫细胞进入肿瘤，而化疗产生了大量死亡的癌细胞碎片，免疫细胞可以收集这些碎片，并利用这些碎片产生有效的肿瘤特异性反应，“哈佛大学怀斯生物启发工程研究所(Wyss Institute For Biology Instituting Engineering)的博士后和技术发展研究员、现任伊利诺伊大学香槟分校材料科学与工程系助理教授约翰·A·保尔森(John A.Paulson School for Engineering and应用科学)说。

个性化疫苗无需等待

可注射癌症疫苗最初于2009年研制，在治疗小鼠多种癌症方面显示出巨大的前景，并已在达纳法伯癌症研究所进行的治疗黑色素瘤的临床试验中进行了探索。在最初的疫苗配方中，在称为肿瘤相关抗原(TAA)的癌细胞中发现的分子与佐剂结合在阿司匹林大小的支架内，这样到达的树突状细胞就可以识别它们是“外来的”，并产生针对肿瘤的免疫反应。这些TAA可以从收获的肿瘤中分离出来，也可以通过测序癌症细胞的基因组来鉴定，然后再制造出来，但是这两种制造个性化癌症疫苗的过程都可能是漫长、乏味和昂贵的。

“癌症疫苗研发的关键限制因素之一是TAA的选择，因为目前我们只有少数几个特定肿瘤细胞的已知抗原库，很难预测哪种抗原能产生有效的免疫应答，”第一作者亚历克斯·纳吉比(Alex Najibi)说，他是怀斯核心学院(Wyss Core)实验室成员大卫·穆尼(David Mooney)的一名研究生。将化疗药物植入疫苗支架内会导致癌细胞突然死亡，从而将TAA直接从肿瘤释放到树突状细胞，从而绕过漫长而昂贵的抗原开发过程。

王，纳吉比和他们的同事们开始将这种新的癌症疫苗策略应用于TNBC，在这种疾病中，肿瘤在他们的局部地区积极抑制免疫活动，限制了免疫治疗的效果。研究小组首先将藻酸盐水凝胶支架装上一种名为粒-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)的蛋白质分子。GM-CSF刺激树突状细胞的发育和聚集，树突状细胞吸收肿瘤和其他入侵者的抗原，呈现给淋巴结和脾脏的T细胞，启动免疫应答。他们还将化疗药物阿霉素(Dox)添加到一种叫做IRGD的多肽上。IRGD是众所周知的穿透肿瘤，并帮助目标的Dox对肿瘤释放。

当TNBC肿瘤小鼠被注射新疫苗时，那些接受带有GM-CSF和Dox-IRGD结合物的支架的小鼠与未加修饰的Dox结合物相比，药物能更好地穿透肿瘤，增加癌细胞死亡率，减少肺部转移瘤。对支架的分析表明，它们积累了大量的树突状细胞，表明疫苗的免疫治疗和化疗成分都是有效的。

在这些结果的鼓励下，研究小组随后尝试在疫苗中添加第三种成分，CpG，这是一种人工合成的细菌DNA序列，已知可以增强免疫应答。与未接种疫苗的小鼠相比，接种这种疫苗的小鼠肿瘤生长速度明显减慢，存活时间也更长。为了评估这种三部分疫苗所产生的免疫反应的强度和特异性，研究人员从动物的淋巴结和脾脏中提取和分析细胞。值得注意的是，来自淋巴结的T细胞中有14%对肿瘤细胞产生反应，这表明它们已经被树突状细胞“训练”来针对癌症，而接受两部分疫苗的小鼠只有5.3%，而未经治疗的小鼠则只有2.4%。此外，注射后12天给予“助推器”剂量的疫苗会进一步延长他们的存活时间。

局部行动，长期保护

虽然这些结果揭示了疫苗对激活免疫系统的作用，但研究小组也想了解它是如何影响局部肿瘤微环境的。对疫苗及其附近肿瘤的分析表明，用含有GM-CSF、Dox-IRGD和CpG的凝胶处理的肿瘤细胞表面蛋白钙网蛋白含量增加，这是细胞死亡的一个指标。接受三部分疫苗的小鼠也显示出更多的促炎巨噬细胞：白血球，与更好的抗癌活性和更长的生存期相关。

研究人员还发现，他们的治疗导致肿瘤细胞表面蛋白pd-l1的表达增加，被癌症用来逃避免疫检测。他们有一种预感，联合使用抗PD-1检查点抑制剂，阻止这种免疫逃逸与他们的疫苗，将提高其有效性。他们将三部分疫苗植入小鼠体内，然后分别注射抗PD-1。用凝胶疫苗和抗PD-1联合治疗的小鼠肿瘤大小和数量明显减少，存活时间中位数为40天，而未经治疗的小鼠为27天，单独接受抗PD-1的小鼠为28天。这种协同作用表明，这种疫苗最好与检查点抑制剂疗法结合使用。

为了模拟癌症疫苗如何应用于人类患者，该研究小组测试了其在原发性肿瘤切除后预防癌症复发的能力。他们手术切除小鼠的TNBC肿瘤，然后注射他们的三部分水凝胶疫苗或含有所有成分的液体疫苗在一个悬浮在原来的肿瘤部位附近。两组肿瘤复发均有显着性差异，但凝胶疫苗治疗后肿瘤生长明显减慢，生存率明显提高。然后，小鼠再次受到注射癌细胞的挑战，引人注目的是，接受凝胶疫苗的小鼠100%存活，没有转移，而所有未治疗的小鼠都死于这种疾病。

“这种疫苗能够在不需要识别患者特异性抗原的情况下产生强有力的免疫应答，这也是一个主要优势，因为局部化疗可以绕过全身化疗的严重副作用，这是目前唯一可用于此病的治疗方法，”相关作者穆尼(Mooney)博士说。穆尼是威斯研究所(Wyss Institute)免疫材料平台的负责人，同时也是海洋生物工程的罗伯特·P·平卡斯(Robert P.Pinkas)家庭教授。“这种疫苗不仅能在原位激活树突状细胞，还能改变肿瘤的微环境，使免疫系统能够更好地接触肿瘤，并产生一种免疫记忆，以防止进一步的复发。”

该小组正在继续探索化疗与癌症疫苗的结合，并希望提高它们对其他难以治疗的肿瘤模型的抗肿瘤效果。该团队希望，未来的研究，以更好地理解和优化该系统，将使它能够进入临床前试验，并最终，人类患者。

“该团队最新版本的癌症疫苗是一种新型的多功能抗癌疗法，为治疗范围广泛的癌症提供了新的希望。它本质上是一种全新的联合化疗形式，可以通过一次注射进行，与今天使用的传统疗法相比，它可能提供更高的疗效和更低的毒性，”怀斯研究所创始主任、医学博士唐·英格贝尔(Don Ingber)说，英贝尔也是哈佛医学院(Harvard Medical School)血管学教授、波士顿儿童医院血管生物学项目的犹大·福克曼(犹大·福克曼)教授，同时也是海洋生物工程教授。