溶瘤矿化细菌可能通过局部注射用于肿瘤免疫治疗

研究背景

作为一种新的癌症治疗方法，基于细菌的癌症免疫治疗已经有悠久的历史，最早可以追溯到19世纪末，通过注射加热灭活的细菌治疗肉瘤。初步的试验发现这些细菌能够激发强烈的不特异性免疫应答并招募大量的杀伤细胞以对抗肿瘤细胞。然而，现代的研究表明，尽管这些类型的细菌（如Coley毒素）在20世纪被放疗和化疗取代，但其治疗效果与标准放疗和化疗相当。自20世纪90年代以来，研究发现卡介苗（BCG）作为一种减毒活菌，已经成为治疗膀胱癌的首选膀胱内免疫疗法。

近年来，许多研究组和生物技术公司投入了大量资源开发新的抗肿瘤溶瘤菌型，通常通过基因工程方法减少其毒性并赋予其额外的抗肿瘤能力。此外，细菌也被用于开发癌症疫苗，为细菌基治疗癌症免疫疗法提供新的机遇。值得注意的是，沙门氏菌、李斯特菌和梭菌是常用的细菌类型。

固体肿瘤的免疫抑制肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）能够抑制先天免疫细胞的活性并防止适应性免疫细胞发挥其抗肿瘤活性，从而导致肿瘤对各种疗法尤其是免疫疗法的响应差。有研究表明，注射位点的减毒细菌可以将免疫静默的“冷”肿瘤转变为免疫活化的“热”肿瘤，从而提高了肿瘤对其他疗法的响应。

论文来源

本文由来自苏州大学功能纳米与软质材料研究院及江苏省碳基功能材料与器件重点实验室的Chenya Wang、Qian Chen等及来自广西医科大学的Liping Zhong、Cong Hu等共同撰写，并于2024年2月17日被《Nature Biomedical Engineering》接受发表。论文主要研究矿化细菌这一新型抗癌免疫疗法。

研究过程

1. 研究流程与方法

研究选择沙门氏菌（Salmonella typhimurium）作为实验菌种，并采用4%多聚甲醛对其进行灭活处理，然后通过矿化方法在灭活细菌表面生长二氧化锰（MnO2）纳米结构。

在具体的制备过程中，研究人员将浓度为7.5×10^9/ml的灭活S. typhimurium分散在不同浓度的MnSO4溶液中（2.5 mM, 5 mM, 10 mM, 20 mM）中15分钟，然后加NaOH进行反应，经过电子显微镜（SEM）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）确认了MnO2颗粒均匀覆盖在细菌表面。

2. 细胞水平的免疫激活与毒性测试

在体外实验中，通过MTT方法测试发现灭活细菌对CT26和4T1细胞无明显细胞毒性。而通过荧光标记细菌并与树突状细胞共培养，验证了矿化细菌较灭活细菌和自由MnO2颗粒有更高的细胞吞噬效率。

研究还评估了矿化细菌对小鼠骨髓来源树突状细胞（BMDCs）和人单核细胞来源树突状细胞（MoDCs）的免疫刺激效果。实验显示，尽管自由MnO2、灭活细菌以及二者混合物均能有效刺激BMDCs的成熟，但矿化细菌的刺激效果最高，甚至高于阳性对照的脂多糖（LPS）。在MoDCs刺激实验中，矿化细菌显著激活了MoDCs。

3. 针对多种肿瘤模型的体内研究

在体内研究中，研究人员使用了CT26结肠癌模型、4T1乳腺癌模型、B16F10黑色素瘤模型、KPC胰腺癌模型以及兔VX2肝癌模型，通过单次肿瘤内注射矿化细菌进行治疗。与灭活细菌及自由MnO2相比，矿化细菌显示出更显著的肿瘤生长抑制效果，且具有较高的治愈率。此外，研究还发现矿化细菌能够诱导强烈的免疫记忆效应，对已消除肿瘤的小鼠或兔子进行再挑战时，其肿瘤均未复发。

4. 安全性评估

在毒理学研究中，研究发现矿化细菌几乎不引起小鼠体内细胞因子的显著升高，且主要脏器未见明显损伤。同时，高剂量矿化细菌的急性毒性研究表明，尽管注射部位偶尔会形成脓肿，但整体安全性较好。

研究结论

研究结果表明，矿化细菌通过激活多种免疫相关途径和诱导强烈而持久的NK细胞及特异性T细胞应答，达到显著的抗肿瘤疗效，并具有良好的安全性。矿化细菌作为下一代抗肿瘤免疫疗法，特别是在局部给药治疗中展示了极大的潜力。考虑到矿化细菌的独特能力，包括将固体肿瘤转换成免疫炎症热区，以及其高效的免疫刺激效果，进一步的临床转化应用值得期待。

研究亮点

1. 新颖的方法：本研究将MnO2纳米颗粒矿化在灭活细菌表面，大幅提高了细菌的免疫激活能力。
2. 多种肿瘤模型验证：矿化细菌被证明在多种体内肿瘤模型中具有显著的抗肿瘤效果。
3. 强大的免疫记忆效应：成功治愈的小鼠和兔子在再挑战时显示出极强的免疫记忆效应，完全避免了肿瘤复发。
4. 安全性：矿化细菌在高剂量条件下显示出良好的安全性，未引起显著的全身不良反应。

这项研究为矿化细菌作为一种新型、高效且安全的抗肿瘤免疫疗法奠定了坚实的基础，并为其进一步的临床试验提供了有力的支持。