Nature Nanotechnology | 设计肿瘤免疫纳米药物,临床前需要考虑什么?

发布时间:2021-01-05 09:21     文章来源:未知     作者:百替生物

近年来,随着免疫检查点抑制剂(ICBs)的成功运用,免疫治疗与手术治疗、放疗、化疗成为恶性肿瘤治疗的四大主要疗法。尽管免疫治疗已经取得了诸多令人兴奋的进展,但其疗效远非最佳。因此,人们开始开发新的策略,以提高肿瘤免疫治疗的疗效,同时最大限度地降低该疗法可能带来的副作用。
前,纳米技术以较大程度的完成这一目标,但纳米免疫疗法向临床转化仍然面临着诸多挑战近日,德克萨斯大学西南医学中心与MD安德森癌症中心的研究者在《Nature Nanotechnology》杂志上发表了题为“Considerations for designing preclinical cancer immune nanomedicine studies”的文章,就纳米免疫疗法领域所面临的挑战及具体解决办法进行综述。

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肿瘤异质性与免疫治疗

 
 
癌症免疫疗法的治疗效果受肿瘤分子的基因表达等影响,产生不同的临床反应以及与治疗相关的毒性特征因此,在临床前实验中,应尽可能模拟人类与免疫治疗和毒性反应相关的基因表达。基因表达的微小差异都有可能影响患者对免疫治疗的反应。
考虑到肿瘤分子间存在异质性,需要仔细选择和验证要使用的模型系统,以尽量贴合临床。其次,在建立小鼠模型时,应选择传代次数较少的细胞系进行皮下瘤移植;最好选用免疫系统人源化的小鼠进行模型构建,这些措施都会减少与免疫反应相关的新抗原的形成。
同时,选用表达MHC I类和HLA I类的分子,将有助于所构建肿瘤模型的基因稳定表达并能够及时筛选出HLA的突变。另外,尽管基因工程小鼠已被广泛应用于纳米免疫技术,但其突变概率较低,不能完全模拟人在该疾病中的情况,故构建基因工程模型时应作谨慎考虑。
 

共生微生物群与免疫治疗

 
 

传统的肿瘤纳米治疗通常着力于关注肿瘤的固有特征,随着肿瘤免疫纳米医学的发展,科研人员们发现,与肿瘤宿主(包括宿主体内微生物群)相关的因素也极大地影响着免疫治疗的效果。这些微生物大部分驻留在胃肠道系统中,它们不断与肠道相关淋巴组织中的宿主免疫细胞相互作用,并排出肠系膜淋巴结,从而形成宿主整体免疫。早期研究表明,肠道微生物会影响免疫治疗效果,随后的临床数据也表明,对免疫检查点抑制剂有反应的患者比无反应患者体内的微生物/细菌的多样性高,而许多因素都会影响肠道微生物群,比如饮食和药物使用。

同时,研究人员们还发现了一个有趣的现象,即瘤内微生物也可能影响对治疗的反应,这一现象进一步揭示了宿主-微生物和肿瘤-微生物相互作用的复杂性及其对患者预后的影响。

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肠道菌群对肿瘤免疫疗效及毒性的影响

由于免疫治疗和微生物之间存在复杂的关系,因此研究肿瘤免疫纳米医学时,研究者需考虑动物的饲养环境,以及纳米药物与细菌之间的相互作用。纳米药物可通过靶向(或避免)诱导在抗肿瘤免疫反应中有益(或有害)的特定菌群以获得更好的疗效。

 

性别与免疫治疗

 
 

对超过11000名患者的20项随机免疫治疗试验分析发现,免疫检查点抑制剂对男性患者和女性患者的效果均有不同:女性羊膜干细胞表现出比男性更强的吞噬纳米颗粒的能力,相比之下,男性的唾液腺成纤维细胞比女性可以更有效地吞噬纳米颗粒。种种研究表明,激素信号、转录调节或两者结合的差异会影响异性细胞与纳米材料的相互作用。然而,在传统的纳米医学研究中,性别这一生物变量常常被忽视。但目前,渐渐有研究证明,纳米粒子的摄取及清除在不同性别之间存在差异。基于以上因素,临床前实验设计时,需将性别作为一个生物变量加以考虑。

 

免疫衰老与免疫治疗

 
 

衰老导致免疫系统的许多变化,主要表现为免疫力的降低。免疫衰老是一个复杂的过程,其潜在机制尚不明,免疫衰老与肿瘤免疫之间的关系也尚不清楚。最近的研究表明,衰老小鼠对免疫治疗的反应与青年鼠不同,且不同肿瘤对免疫衰老产生的反应不同。目前的临床前纳米医学研究通常不将年龄作为一个生物变量加以考虑,降低了临床实践的相关性。

为证明纳米免疫疗法的效果,理论上应该同时在老年鼠及青年鼠上同时开展实验。但使用老年鼠会增加科研成本,研究者可以考虑将寿命较短的线虫等用于研究老化对纳米材料毒性、免疫反应和宿主-微生物相互作用,对癌症治疗反应的研究。同时,具有加速衰老表型的小鼠模型可运用于诸多研究,但这些模型是否能应用于纳米肿瘤免疫疗法仍有待考究。

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与年龄相关的免疫系统改变

 

治疗反应与毒性的差异

 
 
纳米材料对免疫系统具有潜在毒性,通过癌症免疫治疗刺激免疫系统也可能改变其与纳米材料的相互作用,导致潜在毒性特征不同于单独治疗时观察到的特征。因此,传统的纳米药物毒性评估可能不足以完全表征癌症免疫纳米药物的潜在副作用,需要拓展研究虽然肝和肾标记物和血细胞技术以及生理参数通常被用作治疗毒性的指标,但是这些方法都没有考虑器官分布、细胞毒性治疗动力学,因此,仔细评估多个组织、器官和器官系统对于准确解释癌症免疫纳米医学治疗的潜在副作用至关重要。
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癌症免疫和细胞毒性治疗的毒性和治疗反应概况

 

展望

 
 

尽管肿瘤免疫疗法已经彻底改变了我们治疗肿瘤的方式,但关于长期作用,及其前临床最佳给药时间,仍有许多未知之处。免疫系统高度复杂、会随着内外部因素的改变而改变。随着我们对肿瘤免疫逃避、免疫监测和肿瘤免疫治疗确切作用机制的研究不断深入,可能会发现决定肿瘤免疫治疗反应的因素。与此同时,纳米医学研究人员和肿瘤免疫学家将可能会就免疫系统的作用及其与纳米材料相互作用的方式提出新的问题。

尽管这些年来较少收到关注,在免疫肿瘤学时代,在肿瘤纳米医学的免疫药理学方面应给予一定的重视。鉴于数据的匮乏,研究免疫过程对肿瘤免疫纳米药物反应的影响对该领域来十分重要,这一过程决定了能否进行成功的临床转化。

 

普略医学纳米医药技术

 
 
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参考文献:
1. Jiang W., et al., Considerations for designing preclinical cancer immune nanomedicine studies. Nature Nanotechnology. 2020. DOI:10.1038/s41565-020-00817-9.

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