Biomaterials:西安电子科技大学邓宏章等团队设计原位温敏载mRNA水凝胶调控术后肿瘤免疫微环境以预防复发与转移


外科手术仍是当前肿瘤治疗的主要手段,但术后创伤会破坏局部免疫微环境,使M1型与M2型巨噬细胞的关键平衡发生紊乱,同时导致手术部位活性氧(ROS)水平显著升高。肿瘤术后治疗面临的核心临床难题,是在术后微环境中重新平衡巨噬细胞极化方向——既要维持具有抑瘤作用的M1表型,又要保留参与创面修复的M2型正常功能。

2026年4月13日,西安电子科技大学邓宏章、杨如森、王长荣共同通讯在Biomaterials上在线发表题为In situ thermosensitive mRNA-loaded hydrogel modulates post-surgery tumor immune microenvironment to prevent recurrence and metastasis的研究论文。该研究构建了一种原位温敏性水凝胶平台,可共递送两种纳米体系(BC12D NP与PPSNP)以重塑术后免疫抑制微环境。

具体而言,将负载CRISPR/Cas9的纳米粒(BC12D@CRISPRNPs)包载于水凝胶中,靶向清除手术部位高比例的M2型巨噬细胞,将巨噬细胞重编程至合适的M1/M2比例以发挥强效抗肿瘤作用。

同时,利用PPSNP清除手术部位的活性氧,在发挥抑瘤效应的同时不干扰正常创面愈合进程。通过原位肿瘤切除模型,该研究利用术后部位活性氧清除与巨噬细胞复极化的协同作用,实现了对术后免疫微环境的高效调控。

抗肿瘤M1型巨噬细胞与促肿瘤M2型巨噬细胞之间的动态平衡,是多种恶性肿瘤免疫应答效果的关键标志物。临床证据表明,M1/M2比值升高与肿瘤侵袭性及免疫微环境激活程度呈正相关。外科手术仍是多数实体肿瘤的首选治疗方式,但术后复发与转移仍是亟待解决的临床难题。

目前包括免疫治疗与化疗在内的辅助策略,在改善长期预后方面效果有限,这一困境与手术诱导的肿瘤免疫抑制微环境密切相关。手术造成的组织损伤会启动急性炎症反应,促使巨噬细胞由初始M1表型逐步向M2表型极化,这一过程虽有利于创面愈合,但手术残留部位参与修复的巨噬细胞功能与肿瘤相关巨噬细胞(TAM)高度相似,会进一步驱动肿瘤扩散与转移。

这种具有高度可塑性的巨噬细胞是术后肿瘤进展的重要驱动因素。多项研究证实,较高的M1/M2比值与良好的肿瘤预后相关,可显著延长患者生存期。因此,肿瘤术后治疗的核心挑战在于对手术残留部位巨噬细胞极化实现时空精准调控,即在动态表型调节中精准平衡抑瘤M1型巨噬细胞(预防复发转移)与促修复M2型巨噬细胞(控制炎症)。

目前,已有多种策略可将M2型巨噬细胞重编程为M1型,如使用细胞因子(如IFN-γ、LPS)、小分子抑制剂(STAT6、PPARγ拮抗剂)、Toll样受体激动剂(TLR4、TLR9配体)及表观遗传调控剂(HDAC抑制剂)等。但这些方法受限于药物递送效率低下与明显的毒副作用,更为关键的是,巨噬细胞固有的可塑性会使药物诱导的M1表型重新向M2型转化,导致治疗效果不佳。

近年来,随着基因药物的发展,CRISPR介导的基因编辑技术凭借高效精准的优势被广泛应用于肿瘤治疗。通过CRISPR基因编辑将M2型巨噬细胞极化为M1型,可有效避免表型逆转问题,从而实现更为理想的治疗效果。

图1F127/BC12D/PPS水凝胶抑制术后肿瘤复发/转移且不影响正常伤口愈合示意图(摘自Biomaterials

集落刺激因子1受体(CSF1R)是一种膜结合型受体酪氨酸激酶,可作为巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)的受体,M-CSF/CSF1R信号通路在调控巨噬细胞趋化、增殖及M2型极化过程中发挥关键作用。乳腺癌与胶质母细胞瘤模型的临床前研究表明,抑制M-CSF/CSF1R信号不仅可抑制原发肿瘤进展,还能显著降低转移风险并延长生存期。

然而,靶向CSF1R信号的单克隆抗体或小分子抑制剂会非特异性影响巨噬细胞功能,甚至导致包括抗肿瘤M1型在内的巨噬细胞过度死亡,进一步促进肿瘤进展。利用CRISPR/Cas9敲低Csf1r以阻断M-CSF/CSF1R信号,有望将M2型巨噬细胞重编程为M1型并稳定维持该表型。

但过量M1型巨噬细胞可能不利于肿瘤术后创面愈合。因此,联合CRISPR/Cas9编辑与活性氧清除策略,将M1/M2比值控制在适宜范围,既能增强肿瘤术后免疫应答,又不会干扰正常创面愈合进程。

该研究构建了一种可注射温敏性水凝胶平台(F127/BC12D/PPS),同时搭载CRISPR基因编辑系统(BC12D@CRISPRNPs)与炎症清除功能型高分子纳米粒(PPSNPs),在抑制肿瘤复发转移的同时不影响术后创面愈合。作者合成了可电离碳酸酯脂质(Bn-C12-DMA),并与DSPC、DMG-PEG2000及胆固醇通过微流控制备负载Cas9mRNA与sgRNA的纳米粒(BC12D@CRISPR);同时利用PPSNPs清除手术部位活性氧以减轻炎症反应。

该水凝胶平台通过基因编辑与活性氧清除双重功能,将M1/M2比值调控在适宜范围。在黑色素瘤切除模型中,F127/BC12D/PPS可有效预防肿瘤复发与转移,且不干扰小鼠术后生理性创面愈合过程。该策略不仅可直接清除残留肿瘤细胞,还能通过激活免疫细胞建立长效抗肿瘤免疫记忆,同时不影响肿瘤术后创面的正常愈合。

参考消息:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961226002127?via%3Dihub


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