可注射生物可吸收导电水凝胶用于多模态脑胶质瘤电免疫治疗

《Nature Communications》：Injectable bioresorbable conductive hydrogels for multimodal brain tumor electroimmunotherapy

本研究报道了一种可注射、生物可吸收的导电水凝胶电极，解决了传统刚性电极在脑组织中应用的安全性和有效性难题。研究人员通过A5:ETE-PC纳米颗粒混合物在肿瘤内原位组装形成三维柔性导电网络，在鸡胚绒毛尿囊膜模型中证实其导电性比现有可注射水凝胶高三个数量级，并通过不可逆电穿孔实现肿瘤完全消融，同时诱导免疫原性细胞死亡和T细胞浸润，为胶质母细胞瘤的免疫激活治疗提供了新策略。

　　

胶质母细胞瘤（GBM）作为最具侵袭性的原发性脑肿瘤，数十年来患者预后始终停滞不前。尽管采用手术、放疗和化疗等综合治疗手段，临床试验中精心筛选的患者中位总生存期仍仅有15个月。这种治疗困境源于GBM显著的肿瘤间和肿瘤内异质性，以及对现有疗法普遍存在的耐药性。更令人担忧的是，常规治疗方法可能损害免疫功能，而免疫系统本应能够识别GBM中存在的巨大抗原多样性。虽然免疫检查点抑制剂在肺癌、黑色素瘤等癌症中取得显著成效，但在GBM治疗中却收效甚微，这一现象在发现GBM患者颅骨附近存在肿瘤靶向T细胞后更显蹊跷。

传统电疗法作为非热消融实体瘤的新兴手段，通过不可逆电穿孔（IRE）产生高压脉冲电场破坏细胞膜，不仅能消融原发性肿瘤，还能诱导免疫原性细胞死亡（ICD）从而激发全身性抗肿瘤免疫反应。然而，当前电疗技术依赖多个刚性电极，侵入性高，且对大型或不规则肿瘤效果有限，限制了其在敏感组织如脑组织中的应用。

针对这一挑战，隆德大学Roger Olsson团队在《Nature Communications》发表了创新性研究成果，开发了可注射生物可吸收导电水凝胶电极，为脑胶质瘤的电免疫治疗带来了突破。这种基于A5:ETE-PC纳米颗粒混合物的导电水凝胶，能够通过最小侵入性方式植入脑组织，其柔软度与脑组织相匹配，导电性比以往报道的可注射水凝胶高出三个数量级，达到6 S cm^-1。

研究团队通过鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）这一独特模型验证了其治疗效果。该模型整合了血管、免疫和几何特征，支持人源肿瘤在3-7天内生长至可植入电极的毫米级尺寸，且具有可操作的免疫环境，为评估电免疫治疗策略提供了理想平台。

关键技术方法包括：A5:ETE-PC导电水凝胶的制备与表征，鸡胚绒毛尿囊膜肿瘤模型建立，对流增强输送（CED）技术，不可逆电穿孔治疗，以及免疫细胞浸润的流式细胞术分析等。

A5:ETE-PC三维柔性电极的制备与表征

研究人员利用具有低氧化电位（0.47 V vs. Ag/AgCl）的ETE-PC对A5进行电功能化，形成了具有分支结构的3D柔性电极。循环伏安法和电化学阻抗谱分析表明，A5:ETE-PC水凝胶电极比单独使用A5具有更低的阻抗和更高的电容，这归因于树枝状结构提供了更大的电极-组织界面面积。该电极在37°C的PBS中能够通过生物侵蚀作用在两周内逐渐降解，且巨噬细胞能够体外吞噬A5:ETE-PC，证实了其生物可吸收特性。

鸡胚绒毛尿囊膜胶质母细胞瘤模型

研究采用CAM模型建立人胶质母细胞瘤U87细胞移植瘤，该模型在EDD18时肿瘤尺寸可达1厘米，具有真实的血管化和免疫环境，为电极植入和治疗评估提供了良好平台。

瘤内电极组装与不可逆电穿孔

通过两种方法实现瘤内电极组装：毛细管柱注射和对流增强输送（CED）。显微分析显示，ETE-PC树枝状结构从A5:ETE-PC核心向各个方向辐射延伸，直径可达0.5毫米，成功在肿瘤内形成了3D电极结构。电学测量显示，A5:ETE-PC电极在肿瘤组织中的电导率高达6 S cm^-1。

IRE治疗实验表明，通过毛细管注射植入的电极能够有效抑制肿瘤生长，而CED技术能够将A5:ETE-PC分布到整个肿瘤体积，后续的IRE治疗在大多数情况下能够在24-48小时内完全消融肿瘤。

覆盖物形成

为靶向GBM手术后残留的侵袭性细胞，研究人员开发了覆盖物技术，在手术切除腔表面形成A5:ETE-PC覆盖层，ETE-PC树枝状结构深入切除边缘。阻抗分析显示，覆盖覆盖物后阻抗降低超过3倍，即使在电极间距4毫米时仍能检测到1μA电流，证明其良好的导电性。体外实验证实，800-1000 V cm^-1的脉冲能够完全消除U87细胞活性。

经血管导管瘤内电极植入

通过血管内导管技术，将A5:ETE-PC混合物注入肿瘤，实现了深部脑肿瘤的微创治疗。这一方法有望避免对敏感脑组织的损伤，潜在减少开颅手术的需要。

A5:ETE-PC电极介导的IRE诱导免疫原性细胞死亡和免疫细胞浸润

研究证实，A5:ETE-PC电极介导的IRE能够有效诱导ICD，表现为钙网蛋白（CRT）向细胞膜转位和高迁移率族蛋白B1（HMGB1）的胞质定位和释放。免疫荧光显示，IRE治疗后肿瘤组织中CRT和HMGB1表达显著增加，且CD45+免疫细胞在电极周围和主要血管附近大量聚集。

流式细胞术分析进一步证实，IRE治疗后肿瘤中CD4+辅助T细胞和CD8+细胞毒性T细胞比例显著增加，分别达到3.34%和3.97%（对照组分别为0.86%和0.97%），同时KUL01+巨噬细胞浸润增加了四倍。这表明A5:ETE-PC介导的IRE能够有效激发抗肿瘤免疫应答。

研究结论与意义

本研究开发的生物可吸收原位组装可注射导电水凝胶，为胶质母细胞瘤的电免疫治疗提供了创新平台。这种柔软电极能够匹配脑组织硬度，避免手术植入和取出刚性电极的创伤。其灵活的分支结构增强了组织界面接触，带来更好的导电性能和治疗覆盖范围。

最重要的是，该技术可通过多种方式植入（毛细管注射、CED、血管内导管和切除腔覆盖），提供了多模式治疗策略。IRE治疗不仅抑制肿瘤生长，还通过ICD引发抗肿瘤免疫反应。特别是CED与IRE结合能够完全消融肿瘤，而覆盖物技术为靶向残留侵袭细胞和复发胶质母细胞瘤提供了新策略。

这项电极技术代表了治疗胶质母细胞瘤和其他敏感组织环境中实体瘤的一个有前景且多功能的电疗平台，有望减少对开颅手术的依赖，为脑肿瘤治疗开辟了新途径。