负载多功能免疫调节剂的中空CuS纳米疫苗，用于增强光热效应诱导的抗肿瘤免疫疗法

《Materials Today Communications》：Multifunctional Immunomodulator Loaded Hollow CuS Nanovaccine for Amplification of Photothermal Effect Induced Anti-tumor Immunotherapy

纳米光热疗法与免疫佐剂协同抗肿瘤研究 摘要：本研究开发了一种新型HCuS-FA@R837纳米疫苗，通过近红外808nm激光照射实现光热治疗与免疫激活双重作用。该纳米系统在靶向递送免疫佐剂R837的同时，激活TLR7受体并诱导免疫细胞成熟，显著增强抗肿瘤疗效。实验证明该系统可有效消除原发肿瘤并抑制复发转移，为光热免疫疗法提供新策略。

　　肿瘤复发是癌症治疗中的一个重大挑战，尤其是在化疗和手术之后。尽管已有研究表明，基于纳米颗粒（NP）的疫苗递送平台能够激发或触发针对肿瘤的免疫反应，但这种策略通常受到复杂治疗过程和有限免疫反应的限制，因此需要引入抗原或佐剂来增强免疫治疗效果。本研究提出了一种新的纳米平台组合，结合了光热空心硫化铜（HCuS）纳米结构，为抗肿瘤治疗提供了一种有前景的方法。这种纳米系统不仅能够实现免疫佐剂咪喹莫德（R837）的特异性或靶向递送，还能激活 Toll-like 受体（TLRs），从而放大免疫反应并提高治疗效果。设计的 HCuS-FA@R837 纳米疫苗（NV）具有动态治疗能力，能够有效清除已形成的肿瘤。在激光照射下，NV 会促使佐剂释放、内体逃逸、免疫原性细胞死亡（ICD）、富集树突状细胞（DC）的激活与成熟，从而实现强大的免疫反应。令人振奋的是，这种 NV 结合光热疗法（PTT）不仅能够消除恶性肿瘤，还能通过抑制肿瘤的复发和转移，带来显著的治疗优势。因此，本研究展示了一种具有潜力的策略，以促进基于 PTT 的协同癌症免疫治疗。

在现代医学领域，纳米材料的应用已成为癌症治疗和管理的重要组成部分，代表着多功能材料开发最具前景的研究方向。癌症治疗的核心挑战在于如何智能地清除癌细胞，同时尽量减少对正常健康组织的损害。近年来，跨学科研究的进展为纳米材料在癌症治疗中的应用提供了强大的驱动力。过去几十年，纳米颗粒（NP）和纳米结构材料（NSM）这两个术语因在相关领域的迅速发展而受到广泛关注。许多先进的基于纳米颗粒的药物已经获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，并被应用于临床治疗，而其他纳米药物也在向临床转化方面取得了显著进展。纳米结构材料具有诸多优势，包括增强的胶体稳定性、更好的分散性以及改善的表面反应性。纳米颗粒的一个重要特性是其能够以可控的方式释放治疗药物，包括小分子药物、蛋白质、DNA、抗体、肽、脂质及其他生物分子。然而，传统的化疗方法面临诸多挑战，例如药物降解不足和在溶酶体内的靶向性差。这导致几乎所有癌症患者的五年生存率约为 50%。这些挑战可以通过创新的纳米治疗策略来迅速解决，这些策略为显著改善治疗效果提供了有希望的解决方案。

近红外光（NIR）在波长范围 700 至 1000 纳米之间被广泛认为是生物透明窗口。这主要是因为生物组织对近红外光的吸收和散射非常有限，从而使得近红外光能够穿透更深的组织，减少光解损伤。NIR 荧光成像具有更好的组织穿透能力和减少自荧光干扰的优势，这使得其在监测目标组织时能够产生清晰的信号、高空间分辨率和高成像灵敏度。NIR 响应的化合物、有机聚合物及其他无机纳米材料在多种生物应用中表现出色，包括光学和光声成像、治疗用途以及可控药物递送。荧光成像可以在两个 NIR 窗口中进行，即第一近红外（NIR-I，650-950 纳米）和第二近红外（NIR-II，1000-1700 纳米）。在 NIR-II 窗口中，1000-1300 纳米和 1400-1700 纳米是两个不同的子区域。许多用于治疗的纳米材料已经被设计为具有多功能的特性，其中有机和无机纳米材料在不同应用中表现出各自的优点。无机纳米颗粒可以作为载体传递光活性化合物，或者直接吸收光能。利用纳米材料将光能转化为热能，尤其是在近红外光照射下，已被证明是一种有效的、对身体干扰较小的光热治疗方法，用于治疗原发性肿瘤。例如，吲哚菁绿（ICG）、红外 780（IR780）和红外 820（IR820）是有机近红外染料，而单壁碳纳米管（SWCNTs）和石墨烯则是半导体纳米颗粒。由于其巨大的表面积、可调节的光学特性、表面修饰能力、尺寸依赖的增强效率和特异性，以及可灵活修饰的特性，纳米材料如金属纳米颗粒在生物应用中受到广泛研究。无机纳米颗粒在成像和消融恶性组织方面具有优势，这主要是因为其稳定性、易于生产、可修饰性和惰性。无机纳米颗粒在外部壳层上具有有机功能化位点，这些位点能够稳定纳米颗粒在生物环境中，并允许引入生物分子以实现靶向药物递送。

在本研究中，我们开发了一种基于 HCuS 的纳米疫苗（NV），其中包含了 FDA 批准的免疫佐剂 R837，以及具有肿瘤靶向能力的叶酸（FA）。最后，通过聚乙烯吡咯烷酮（PVP）对纳米疫苗进行稳定化处理。通过这种设计，我们获得了一种具有潜力的 NV，可用于进一步的特异性研究，以明确和确定纳米结构的特异性。该纳米结构还可能作为药物递送载体，将对 TLR7 受体敏感的免疫激活佐剂分子运输到癌细胞中。这种策略被称为“佐剂介导的免疫激活后 PTT”，使用了 808 纳米波长的近红外激光作为光源。该纳米结构通过其光热效应和免疫激活能力，显示出与传统疫苗系统相比的优势。此外，我们还试图全面理解这种纳米结构的靶向性和光热反应，以及其如何导致癌细胞的消融，从而触发免疫原性细胞死亡。本研究的整体框架在 Scheme 1 中进行了示意图说明。

本研究所需的材料包括铜氯化物（CuCl?）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、氢氧化钠（NaOH）、肼（N?H?）、硫化钠（Na?S）以及叶酸（FA）。整个研究过程中使用了超纯双蒸水（DW）。所有化学品均购自 Hi-Media 和 Sigma Aldrich。

HCuS 纳米颗粒的制备采用了前人方法并进行了适当修改。随后，HCuS 与 2-氨基乙硫醇（40 毫克）结合，以获得胺衍生物。该胺衍生物被溶解在 30 毫升的溶剂中，以进一步进行后续的化学反应。

纳米疫苗（NC）的合成与表征过程在 Scheme 1 中进行了详细说明。首先，制备的 HCuS 被设计为具有多孔结构的纳米平台，以作为高效的纳米系统，用于容纳和递送免疫佐剂。随后，这些佐剂通过激活 TLR7 来增强免疫调节反应。核心理念是提高免疫反应的强度和持续时间。制备的 HCuS-FA@R837 纳米疫苗不仅具有良好的光热转化效率（PTCE），还能够有效清除肿瘤细胞，从而触发免疫原性细胞死亡。该纳米疫苗的稳定性、兼容性以及最佳溶解性通过多种分析技术得到了验证。此外，该纳米疫苗还能够通过靶向递送机制，将免疫佐剂精准地输送到癌细胞表面，以激活免疫系统，提高治疗效果。

叶酸（FA）是一种天然的维生素，能够有效结合于癌细胞表面过度表达的叶酸受体（FRs），因此被广泛应用于癌症治疗中的靶向配体。FA 具有成本低廉、低毒性、免疫原性以及可多样修饰的特性，使其在传统单靶向系统和现代双靶向设计中均具有应用价值。由于配体受体的表达水平影响靶向效果，主动靶向的纳米药物可以在癌细胞过度表达某些受体时，高效地将药物运输至癌细胞内部。叶酸受体（FRs）是单链的糖蛋白受体，位于细胞表面，从而促进 FA 的细胞摄取。FRs 和 FA 在细胞外环境中表现出高结合亲和力，这已被报道为 Kd = 10?1? M。在细胞内化后，FA 会释放到细胞质中，进一步发挥其靶向作用。

本研究的最终目标是开发一种基于 HCuS 的纳米疫苗（HCuS-FA@R837），其不仅能够实现光热效应，还能通过激活免疫系统，提高癌症治疗的整体效果。通过这种纳米疫苗，我们期望在肿瘤治疗中实现更有效的免疫反应，从而提高患者的生存率和生活质量。此外，该纳米疫苗还能够通过靶向递送机制，将免疫佐剂精准地输送到癌细胞内部，以增强其对肿瘤的免疫反应。这种策略结合了光热治疗和免疫激活的双重优势，为癌症治疗提供了一种创新的解决方案。通过本研究，我们希望能够为未来癌症免疫治疗的发展提供新的思路和方法，为临床应用奠定基础。