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癌癥如此致命的其中一個原因就是，它可以逃避機體免疫系統的攻擊，使得腫瘤能夠旺盛生長及擴散。科學家們一直在設法嘗試利用免疫療法來誘導免疫系統進入到抗癌攻擊模式，建立起對癌細胞的長期免疫抵抗。 現在，來自Wyss生物啟發工程研究所和哈佛大學工程與應用科學學院的研究人員證實，非手術注射可在體內自發組裝成3D結構的一些可編程生物材料，可以對抗甚至幫助預防癌癥以及諸如HIV一類的傳染病。他們的研究結果發表在《自然生物技術》(Nature Biotechnology)雜志上。 研究的資深作者、Wyss研究所核心成員、哈佛大學工程與應用科學學院生物工程教授David Mooney博士說：“我們可以構建出一些3D結構，通過微創傳送來富集和激活宿主的免疫細胞，在體內靶向和攻擊有害細胞。” 研究人員將這些由二氧化硅制成的、可生物降解的微小桿狀結構命名為介孔二氧化硅棒(mesoporous silica rods, MSRs)。MSRs可以裝載一些生物和化學藥物成分，通過注射傳送到皮膚下。這些介孔二氧化硅棒會在接種部位自發形成一種三維支架，就像一盒火柴在桌上堆成一堆那樣。MSRs堆中的多孔空隙非常的大，以致可以招募和填充樹突狀細胞。樹突狀細胞是一種負責監視人體的重要免疫細胞，當檢測到有害物存在時其會觸發免疫反應。 共同主要作者、Wyss研究所前博士后研究人員、韓國成均館大學化學工程系助理教授Jaeyun Kim博士說：“研究人員曾構建出一些納米尺寸的介孔二氧化硅顆粒用于從內部操控單個細胞，但這是第一次采用微米大小的較大顆粒在體內構建出一種3D支架，其可以招募和吸引數百萬計的免疫細胞。” 在實驗室中合成的這些MSRs內部具有一些稱作為納米孔(nanopore)的小孔。納米孔中可以填充特異的細胞因子、寡核苷酸、大蛋白抗原，或是任何種類的關注藥物，允許以大量可能的組合來治療廣泛的感染。
論文的共同主要作者、哈佛大學工程與應用科學學院研究生Aileen Li說：“盡管現在我們的重點是開發一種癌癥疫苗，在未來我們可能能夠通過利用MSRs釋放不同種類的細胞因子，操控將哪種類型的樹突狀細胞或其他類型的免疫細胞招募到這一3D支架中。通過調整MSRs的表面特性和孔的大小，由此控制導入和釋放各種蛋白質及藥物，我們可以操控免疫系統來治療多種疾病。” 一旦這一3D支架招募到來自機體的樹突狀細胞，MSRs中包含的藥物就會被釋放出來，松開它們的“監督”觸發器，啟動免疫反應。激活的樹突狀細胞會離開支架，移行到淋巴結，在那里它們發出警報，指揮機體免疫系統攻擊如癌細胞等特異細胞。在數月內注射部位的MSRs會自然地發生生物降解及分解。 盡管迄今為止研究人員還只在小鼠中測試了這一3D疫苗，卻發現它非常高效。一項實驗表明，這些可注射3D支架在宿主小鼠體內招募和吸引了數百萬計的樹突狀細胞，然后這些細胞分散到淋巴結，觸發了強有力的免疫反應。 這些疫苗的制造容易且快速，因此當面對一種新興傳染病時它們有可能能夠非常快速且廣泛地得到應用。“我們預計這些3D疫苗能夠廣泛應用于許多情況下，它們的可注射特性使得易于在診所內外給藥，”Mooney說。 由于這些疫苗是通過觸發免疫反應來起作用，這種方法可用于在感染之前通過建立機體的免疫抵抗來預防疾病。 Wyss 研究所創始主任Donald Ingber 博士說：“利用可編程生物材料，這種可注射免疫療法是傳送靶向治療一種強大的工具，且預防保健可以幫助對抗一系列的致死性感染，包括全球的常見殺手如HIV和埃博拉病毒以及癌癥。這些可注射3 D疫苗提供了一種微創且可擴展的方式來傳送治療，在以往逃避免疫檢測的一些疾病中通過模擬機體自身的強大免疫反應來起作用。”
原文鏈接：Injectable, spontaneously assembling, inorganic scaffolds modulate immune cells in vivo and increase vaccine efficacy 原文摘要：Implanting materials in the body to program host immune cells is a promising alternative to transplantation of cells manipulated ex vivo to direct an immune response, but doing so requires a surgical procedure. Here we demonstrate that high-aspect-ratio, mesoporous silica rods (MSRs) injected with a needle spontaneously assemble in vivo to form macroporous structures that provide a 3D cellular microenvironment for host immune cells. In mice, substantial numbers of dendritic cells are recruited to the pores between the scaffold rods. The recruitment of dendritic cells and their subsequent homing to lymph nodes can be modulated by sustained release of inflammatory signals and adjuvants from the scaffold. Moreover, injection of an MSR-based vaccine formulation enhances systemic helper T cells TH1 and TH2 serum antibody and cytotoxic T-cell levels compared to bolus controls. These findings suggest that injectable MSRs may serve as a multifunctional vaccine platform to modulate host immune cell function and provoke adaptive immune responses. |
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