《Nature Biomedical Engineering》可植入免疫调节晶片通过重编程肿瘤相关巨噬细胞有效抑制胶质母细胞瘤术后复发

《Nature Biomedical Engineering》：Targeting immunosuppressive myeloid cells via implant-mediated slow release of small molecules to prevent glioblastoma recurrence

本期推荐一种可生物降解的免疫调节晶片（CANDI wafer），该晶片可局部持续释放R848、LCL-161和ruxolitinib三种小分子药物，有效将免疫抑制性的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）重编程为免疫刺激表型，显著提升肿瘤微环境中IL-12水平并激活抗肿瘤T细胞反应，在临床前胶质母细胞瘤（GBM）模型中成功预防了术后肿瘤复发，为这种难治性肿瘤的免疫治疗提供了新策略。

　　

胶质母细胞瘤（GBM）是最常见且最具侵袭性的原发性脑肿瘤，尽管采用手术切除联合放化疗的综合治疗策略，患者预后仍然极差，中位生存期仅约15个月。肿瘤的高度免疫抑制微环境是治疗失败的关键因素之一，其中肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）扮演了核心角色。这些细胞不仅占肿瘤质量的20%-40%，还通过多种机制抑制T细胞功能，促进肿瘤生长和血管生成。更为棘手的是，外科手术切除肿瘤这一标准疗法本身，也可能诱发局部炎症反应，进一步强化免疫抑制状态，导致肿瘤几乎不可避免地在术后原位复发。因此，开发能够有效逆转肿瘤微环境免疫抑制、特别是重编程TAMs功能的治疗新策略，成为GBM治疗领域的迫切需求。

传统的全身性免疫调节剂给药方式，常因药物难以穿透血脑屏障、系统毒性或药代动力学不理想等原因而疗效有限。研究团队另辟蹊径，设想能否在肿瘤切除后留下的腔体内，植入一种能够持续释放免疫调节药物的生物材料，从而在局部、长期地改造肿瘤微环境？这正是本研究致力于解决的核心问题。

为此，研究人员开发了一种名为CANDI wafer的可植入生物材料晶片，并将其应用于《Nature Biomedical Engineering》上发表的一项创新性研究。该研究旨在评估这种新型晶片在预防GBM术后复发方面的潜力。

研究采用的关键技术方法主要包括：1）合成与表征：通过化学交联β-环糊精（bsCD）合成可生物降解的CANDI晶片材料，并负载R848（TLR7/8激动剂）、LCL-161（cIAP抑制剂）和ruxolitinib（JAK抑制剂）三种小分子药物，表征其药物释放动力学和生物相容性；2）临床前模型：利用免疫活性小鼠（C57BL/6J）构建原位CT-2A和SB-28胶质母细胞瘤模型，进行肿瘤显微手术切除及晶片植入；3）多模态成像与分析：结合活体显微镜（IVM）、磁共振成像（MRI）、生物发光成像等技术动态监测肿瘤生长和晶片降解；通过流式细胞术、免疫组织化学/免疫荧光、酶联免疫吸附试验（ELISA）等深度解析肿瘤免疫微环境变化；4）机制探究：利用细胞因子阵列、RNA测序（RNA-seq）、以及IL-12报告基因小鼠等模型探讨分子机制；5）临床相关性验证：使用新鲜切除的人GBM组织切片进行离体培养实验，验证晶片对人源肿瘤组织的免疫激活效果。

CANDI晶片的设计、表征及生物相容性

研究人员首先设计并合成了一种可生物降解的晶片材料。该材料基于β-环糊精（bsCD）单体进行高度交联，形成凝胶状物质，使其具备更长的药物释放和降解周期。这种晶片能够负载R848、LCL-161和ruxolitinib三种小分子免疫调节剂，并通过冷冻干燥制成可植入的晶片状结构。表征结果显示，晶片能在数周内缓慢降解，并随时间推移持续释放药物 payload。扫描电子显微镜（SEM）显示其具有多孔结构，有利于细胞浸润和药物扩散。生物相容性测试表明，该材料对小鼠骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）和人单核细胞（THP-1）无显著毒性，体内植入后也未引起明显的系统性毒性反应。

CANDI晶片有效预防GBM术后复发并延长生存期

在免疫活性小鼠的CT-2A GBM模型中，研究人员模拟了临床手术流程：在肿瘤植入后第12天进行肿瘤显微切除，随后在残腔中植入CANDI晶片（载药）或空白晶片，或不进行任何处理（仅手术）。通过MRI和生物发光成像长期监测发现，接受载药CANDI晶片治疗的小鼠，其肿瘤复发被显著抑制，生存期得以极大延长，部分小鼠甚至获得长期存活（治愈）。相比之下，仅接受手术或植入空白晶片的小鼠均出现快速肿瘤复发并最终死亡。这一结果在侵袭性更强的SB-28 GBM模型中也得到验证，证明了CANDI晶片策略的普适性和有效性。

CANDI晶片重塑肿瘤免疫微环境，诱导抗肿瘤免疫

机制探究是本研究的核心。通过流式细胞术、免疫荧光染色等技术对肿瘤微环境进行深入分析，研究发现CANDI晶片的作用关键在于重编程了TAMs。在未治疗的GBM中，TAMs主要表现为免疫抑制表型（如高表达CD206、TREM2等）。而CANDI晶片局部释放的药物组合，能有效将TAMs从免疫抑制状态极化为免疫刺激状态。这种极化表现为：1）关键共刺激分子（如CD80、CD86、CD40）和MHC II类分子表达上调；2）特别是显著诱导了具有强大抗肿瘤活性的细胞因子——白细胞介素-12（IL-12）的产生。利用IL-12报告基因（eYFP）小鼠模型，研究通过活体显微镜直接观察到，晶片植入后肿瘤区域内有大量IL-12-producing的髓系细胞聚集。

IL-12的产生进一步激活了适应性免疫应答。研究发现，CANDI晶片治疗显著增加了肿瘤内CD8⁺ T细胞和CD4⁺ T细胞的浸润和活化。这些T细胞表现出更强的效应功能。当通过抗体耗竭CD8⁺ T细胞后，CANDI晶片的抗肿瘤效果几乎完全消失，证明了细胞毒性T细胞是介导肿瘤清除的关键执行者。这表明CANDI晶片通过“启动”先天免疫（TAMs），进而“激活”适应性免疫（T细胞），形成了有效的抗肿瘤免疫环路。

CANDI晶片在人源GBM组织中同样有效

为验证其临床转化潜力，研究使用了新鲜切除的人GBM组织进行离体实验。将人GBM组织切成薄片，与不同浓度的CANDI晶片材料共培养。结果发现，晶片处理能剂量依赖性和时间依赖性地诱导人GBM组织产生高水平的IL-12 p70。同时，免疫组织化学染色显示，髓系细胞活化标志物（如HLA-DR、CD68、CD86）的表达也显著上调。这强有力地证明了CANDI晶片的作用机制在人类GBM背景下同样适用，为其未来的临床应用提供了重要依据。

研究结论与意义

本研究成功开发并验证了一种可植入的免疫调节晶片（CANDI wafer），该晶片能够在GBM术后残腔内长期、局部释放小分子免疫激动剂，有效将肿瘤微环境中的主导免疫细胞——肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）从肿瘤的“帮凶”重编程为抗肿瘤的“战士”。这种重编程的核心是诱导TAMs产生IL-12，进而激活强有力的T细胞介导的抗肿瘤免疫，从而成功预防了临床前模型中GBM的术后复发。

该研究的重大意义在于：首先，它提供了一种全新的术后局部免疫治疗策略，克服了全身给药的局限性和毒性。其次，它精准靶向了GBM免疫抑制微环境的核心——髓系细胞，并通过合理的药物组合实现了有效的表型逆转。第三，研究在鼠源和人源体系中均验证了其有效性，显示了强大的临床转化潜力。最后，这种基于生物材料的局部药物递送平台技术，其原理有望扩展到其他实体瘤的治疗中，为癌症免疫治疗领域开辟了新的途径。

当然，研究也存在一些局限性，例如动物模型中的治疗反应存在一定异质性，其根源有待进一步探索；晶片在人体内的降解速度和药物释放动力学可能需要进一步优化；以及晶片材料在脑内免疫枢纽（如硬脑膜、颈淋巴结）的分布和影响将是未来有趣的研究方向。尽管如此，这项研究无疑为攻克胶质母细胞瘤这一顽疾提供了极具希望的新武器，并为后续的临床试验奠定了坚实的科学基础。