3D疫苗自发组装以对抗癌症，传染病

3D疫苗由许多微态的多孔二氧化硅棒组成，在皮肤下注射后自发地组装成干草堆形成。用多色扫描电子显微镜拍摄的图像。

研究人员已经开发出一种新的3D疫苗，自发地组装以提供更有效的方法来利用免疫系统来对抗癌症以及传染病。

疫苗自发地组装成支架，一旦注射皮肤，并且能够招募，壳体和操纵免疫细胞以产生强大的免疫反应。最近发现疫苗有效延迟小鼠的肿瘤生长。

“这种疫苗是将生物材料应用于新问题和医学问题的精彩示例，”哈佛大学教授在工程和应用科学学院生物工程教授David Mooney说，其实验室开发了疫苗。该项目由Jaeyun Kim，Ph.D联合主导。和艾琳李，Mooney Lab中的博士生。他们的研究结果在自然生物技术公布。

癌症疫苗

免疫系统通常忽略癌细胞。这是因为 - 对于大多数部分 - 它们更紧密地类似于属于体内的细胞，例如细菌细胞或病毒。癌症疫苗的目标是引起免疫系统，以识别癌细胞作为外国并攻击它们。

这样做的一种方法是通过操纵树突细胞，免疫系统行为的协调器。树突状细胞不断巡逻身体，在细胞表面或病毒中发现的蛋白质的取样位或称为抗原的病毒。当树突状细胞与抗原接触时，它认为外来的抗原，它将其携带到淋巴结，在那里它指示其余的免疫系统攻击展示抗原的身体中的任何东西。

虽然类似于健康的细胞，但癌细胞通常在其表面上显示独特的抗原，这可以被利用以发展癌症免疫治疗。例如，在树突细胞疗法中，从患者的血液中除去白细胞，在实验室中刺激以变成树突细胞，然后与特异于患者肿瘤的抗原一起孵育，以及其他化合物活化和成熟的抗原。树突细胞。然后将这些“编程”细胞注入血液中，希望它们将前往淋巴结并将肿瘤抗原呈现给免疫系统细胞的其余部分。

生物材料促进免疫力

虽然这种方法具有一些临床成功，但在大多数情况下，由树突状细胞疫苗引起的免疫应答是短暂的，并且不足以使肿瘤在长远来看。此外，诸如此类的细胞疗法，需要从患者中去除细胞并在实验室中操纵它们，是昂贵的并且不容易受到调节。为了克服这些限制，Mooney的实验室一直在尝试使用可植入生物材料从体内重编程免疫细胞的更新方法。

该想法是在皮肤下引入可生物降解的支架，该皮肤暂时产生“感染模仿微环境”，能够在几周内吸引壳体，壳体和重新编程数百万个树突细胞。在2009年在自然材料发表的2009篇文章中，Mooney表示，这可以通过装载多孔脚手架 - 围绕与肿瘤抗原的大小以及生物学和化学成分的组合来实现，这意味着吸引和激活树突细胞的组合。一旦植入，支架的内容物慢慢地向外扩散，招募稳定的树突细胞流，其在同时暴露于肿瘤抗原和激活因子时暂时寻求支架内的居住。

当支架植入小鼠时，它在25天内脱离癌症的动物的90％生存率。

一个可注射的脚手架

现在，默尼和他的团队进一步采取了这一方法，创造了一种可注射的脚手架，可以自发地组装在体内。该第二代疫苗将阻止患者不必接受手术来植入脚手架，并且还将更容易地施用临床医生。

新的3D疫苗由分散在液体中的许多微色的多孔二氧化硅棒组成。当在皮肤下注射时，液体迅速扩散，使杆后面留下以形成类似于大海捞针的随机组装的三维结构。杆之间的空间足够大，足以容纳树突细胞和其他免疫细胞，并且杆具有纳米尺寸的孔，可以用抗原和药物的组合装载。

从鼠标中检索的疫苗支架（红色）的共聚焦显微镜图像。支架已被树突状和其他免疫细胞（蓝色）渗透。

当注射到后续注射淋巴瘤细胞的小鼠时，3D疫苗产生有效的免疫应答和延迟肿瘤生长。与含有相同药物和抗原的推注注射（但没有支架）相比，3D疫苗在预防肿瘤生长方面更有效，90％的小鼠接受3D疫苗在30天内仍然活着，而仅与给定的60％的小鼠相比仍然活着推注注射。

虽然在小鼠中测试3D可注射支架作为潜在的癌症疫苗，但可以将不同抗原和药物的任何组合装载到支架中，这意味着它也可用于治疗可能抵抗常规治疗的传染病。

“能够如此优雅地利用树突细胞的自然行为，以引发强烈的免疫反应令人印象深刻，”Jessica Tucker，Ducker，Duce of Cibib型药物和基因递送系统和器件计划主任。“发展这种方法作为癌症疫苗的可能性，这不会需要侵入性和昂贵的手术来操纵身体外部的免疫细胞，非常令人兴奋。”

Mooney说，除了继续开发癌症疫苗之外，他还计划探索可注射的支架如何用于治疗和预防传染病。更广泛地，Mooney预测，未来许多领域将采用自发组装颗粒。

“我认为这将是我们利用身体中自组织的想法的若干例子中的第一个，而不是必须在身体之外创造结构并将它们放入，”默尼说。“我认为将广泛适用，不仅在这样的情况下，而且还在于组织工程和再生药物，其中用于促进体内组织中的组织的再生。在体内组装支架而不是必须手术植入的能力将是一个重要的进步。“

该研究部分受到国家生物医学成像和生物工程研究所的支持＃EB015498。

出版物：Jaeyun Kim等，“可注射，自发组装，无机支架调节体内免疫细胞并增加疫苗疗效，”自然生物技术33,64-72（2015）; DOI：10.1038 / NBT.3071

图像：詹姆斯C. Weaver，Wyss Institute;艾琳李