本文介绍了一项关于胶质瘤治疗的研究，题为《γ-glutamyl transpeptidase-activable nanoprobe crosses the blood-brain barrier for immuno-sonodynamic therapy of glioma》，由Bo Li、Gengjia Chen等作者共同完成，发表于《Nature Communications》2024年第15卷，文章编号10418。该研究旨在解决胶质瘤治疗中的两大难题：血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）对药物的阻碍以及传统化疗的有限疗效。胶质瘤是最致命的颅内恶性肿瘤之一，患者的生存期通常仅为12-18个月，5年生存率低于5%。尽管近年来声动力疗法（Sonodynamic Therapy, SDT）和免疫疗法等新兴治疗手段为癌症患者带来了新的希望，但由于BBB的存在，超过98%的治疗药物无法进入大脑，导致这些疗法的抗肿瘤效果有限。
胶质瘤的治疗面临两大挑战：一是BBB的存在阻碍了药物进入大脑，二是传统化疗对耐药性胶质瘤细胞的疗效有限。BBB是由脑毛细血管内皮细胞组成的紧密屏障，能够阻止大多数药物进入大脑。尽管已有研究探索了通过受体介导的转胞吞作用（Receptor-Mediated Transcytosis, RMT）和吸附介导的转胞吞作用（Adsorptive-Mediated Transcytosis, AMT）来增强药物进入大脑的效率，但这些策略的效果仍然有限。特别是，基于RMT的药物递送系统由于纳米药物尺寸较大，仅有不到1%的药物能够通过BBB。而基于AMT的递送系统虽然能够通过静电相互作用促进药物穿过BBB，但阳离子纳米药物在血液循环中会对健康组织和器官产生毒性。
为了解决这些问题，本研究设计了一种表面修饰有γ-谷氨酰基团的中性电荷纳米探针。该探针在血液循环中保持中性电荷，避免了阳离子毒性，而在到达脑毛细血管内皮细胞（Brain Capillary Endothelial Cells, BCECs）后，γ-谷氨酰基团会被过表达的γ-谷氨酰转肽酶（γ-glutamyl transpeptidase, GGT）切割，生成带正电荷的伯胺，从而通过AMT途径有效穿过BBB。此外，纳米探针在到达酸性肿瘤微环境后，会膨胀并加速药物释放，诱导免疫反应，最终实现强效的抗癌效果。
研究的主要目标是构建一种能够有效穿过BBB的纳米平台，用于增强胶质瘤的免疫-声动力疗法。研究团队设计了一种GGT可激活的纳米探针，该探针在血液循环中保持中性电荷，避免了对健康组织的毒性。纳米探针的表面修饰有γ-谷氨酰基团，这些基团在到达脑毛细血管内皮细胞后会被GGT切割，生成带正电荷的伯胺，从而通过AMT途径有效穿过BBB。
研究的主要流程包括以下几个步骤： 1. 聚合物合成与纳米探针制备：研究团队首先合成了酶和pH双重敏感的聚合物BEAGA2-PEG2k-PDHD，并通过核磁共振（NMR）验证了其结构。随后，通过双乳化法制备了纳米探针，该探针共封装了声敏剂ILD和免疫激动剂R848，并优化了纳米探针的配方，使其具有较高的药物负载量。 2. 纳米探针的BBB穿透能力评估：研究团队通过体外BBB模型评估了纳米探针的BBB穿透能力。结果显示，BEAGA/APOE-PDHD纳米探针能够有效穿过BBB，并在肿瘤部位积累。 3. 体内实验验证：研究团队在胶质瘤小鼠模型中验证了纳米探针的BBB穿透能力和抗肿瘤效果。通过活体荧光成像和磁共振成像（MRI），研究团队发现BEAGA/APOE-PDHD纳米探针能够有效穿过BBB并在肿瘤部位积累，显著抑制了肿瘤生长。 4. 声动力疗法与免疫激活：研究团队进一步评估了纳米探针在声动力疗法中的效果。结果显示，纳米探针在低频超声（Low-Frequency Ultrasound, LFUS）照射下能够诱导免疫原性细胞死亡（Immunogenic Cell Death, ICD），并激活免疫反应，最终实现强效的抗癌效果。
研究的主要结果包括： 1. 纳米探针的BBB穿透能力：BEAGA/APOE-PDHD纳米探针能够有效穿过BBB，并在肿瘤部位积累。通过活体荧光成像和MRI，研究团队发现纳米探针在小鼠脑内的积累量显著高于对照组。 2. 声动力疗法与免疫激活：纳米探针在LFUS照射下能够诱导ICD，并释放损伤相关分子模式（Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs），如钙网蛋白（Calreticulin, CALR）、三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate, ATP）和高迁移率族蛋白1（High Mobility Group Box-1, HMGB1）。这些DAMPs进一步激活了抗原呈递细胞（Antigen-Presenting Cells, APCs），并促进了T细胞的活化，最终实现了强效的抗肿瘤免疫反应。 3. 体内治疗效果：在胶质瘤小鼠模型中，BEAGA/APOE-PDHD纳米探针显著抑制了肿瘤生长，并延长了小鼠的生存期。60%的小鼠在接受治疗后存活超过36天，而对照组小鼠在31天内全部死亡。
本研究设计了一种能够有效穿过BBB的纳米探针，用于增强胶质瘤的免疫-声动力疗法。该纳米探针通过GGT激活的AMT途径有效穿过BBB，并在肿瘤部位积累，诱导ICD和免疫反应，最终实现了强效的抗肿瘤效果。这一策略不仅解决了BBB对药物递送的阻碍问题，还避免了阳离子纳米药物的毒性，具有重要的临床应用潜力。
本研究还探讨了纳米探针在其他肿瘤中的应用潜力。研究发现，GGT和低密度脂蛋白受体（Low-Density Lipoprotein Receptor, LDLR）在多种人类恶性肿瘤中高表达，表明该纳米探针可能适用于其他GGT和LDLR过表达的肿瘤治疗。
本研究为胶质瘤的治疗提供了一种新的策略，具有重要的科学价值和临床应用前景。