《Journal of Controlled Release》：An injectable dynamic double-network hydrogel induces synergistic tumor pyroptosis and immune activation for potent anti-cancer immunity
编辑推荐：
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pH响应型水凝胶可实现R848和尼日尔菌素的局部递送，用于治疗肝细胞癌（HCC）。
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pH响应型水凝胶可实现R848和尼日尔菌素的局部递送，用于治疗肝细胞癌（HCC）。
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Gel@R/N可通过NLRP3/caspase-1/GSDMD通路触发焦亡。
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Gel@R/N能够协同免疫细胞死亡和TLR7激活，从而增强免疫力。
引言
肝癌是全球最常见的癌症之一，其五年生存率仅为18% [1]、[2]。该癌症的发病率在所有癌症中排名第六，死亡率在所有恶性肿瘤中排名第三 [3]、[4]。尽管肝切除术 [5]、肝脏移植 [6] 和射频消融 [7] 仍是标准的临床治疗方法，但这些高度侵入性的手段常常带来较大的手术风险，并导致长期预后不佳。因此，出现了如化疗 [8]、光动力疗法（PDT）[9] 和靶向治疗 [11] 等较少侵入性的治疗方法，成为重要的治疗途径。然而，这些方法的临床效果受到肿瘤未能完全切除和随后复发的限制 [12]、[13]。因此，开发新型且高效的治疗策略以改善肝细胞癌的临床结果具有迫切意义。
传统化疗的一个主要局限性在于它们主要诱导细胞凋亡，这是一种免疫学上沉默的细胞死亡方式，无法激活全身免疫系统，使患者容易发生肿瘤复发和转移 [14]、[15]、[16]。相比之下，焦亡是一种由GSDM介导的细胞程序性死亡方式。由于细胞膜迅速破裂，焦亡会引发强烈的炎症反应，并促进免疫细胞死亡（ICD）[17]、[18]、[19]。这种细胞破裂会释放促炎性损伤相关分子模式（DAMPs），为激活全身宿主免疫反应提供了独特的机会 [20]。
尽管焦亡驱动的肿瘤消除具有巨大潜力，但小分子焦亡诱导剂的临床转化受到生物利用度低和全身毒性高的限制。许多强效的焦亡诱导剂（如尼日尔菌素 [21]、 punicalagin、dioscin A [22] 和 polyphyllin VI [23]）存在水溶性差、代谢清除快以及首过效应明显的问题。这些固有的限制使得传统的全身给药方式效果不佳。此外，焦亡诱导剂还会引发严重的脱靶炎症和全身毒性 [24]。为了克服这些瓶颈，局部肿瘤内给药作为一种策略被提出，以最大化药物的局部积累 [25]。在临床上，肿瘤内给药是一种成熟的技术。例如，肿瘤内注射乙醇是治疗肝细胞癌的常用方法，这体现了局部肿瘤内给药的高转化潜力 [26]。水凝胶是一种三维聚合物网络，具有高含水量，具有优异的生物相容性、生物降解性和仿生特性 [27]、[28]，尤其适合用于局部肿瘤内和肿瘤周围的药物递送，实现持续的药物释放 [29]、[30]。
仅诱导癌细胞焦亡往往不足以引发强烈的免疫反应 [31]、[32]。在焦亡过程中释放的抗原必须被抗原呈递细胞（APCs）捕获、处理并呈递，才能启动适应性免疫 [33]、[34]。然而，在免疫抑制的肿瘤微环境（TME）中，树突状细胞（DCs）常常处于不成熟状态 [35]、[36]。因此，联合递送强效免疫佐剂可以有效地激活和成熟局部DCs，将短暂的先天免疫转化为持久的适应性T细胞免疫 [37]。总之，开发一种用于共同递送焦亡诱导剂和免疫佐剂的创新平台是一种有效的免疫治疗策略。
在本研究中，我们通过设计一种可注射的动态交联水凝胶系统，实现了强效焦亡诱导剂（尼日尔菌素）和免疫激活佐剂（R848）的局部共同递送（方案1a）。这种名为Gel@R/N的水凝胶由聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）和单宁酸（TA）制成，并同时加载了R848和尼日尔菌素。这种独特的配方形成了双重网络结构。第一层网络是由链缠结和丰富的氢键构成的物理网络；第二层网络则是由可逆的硼酸-二醇键形成的动态共价网络。这种结构设计赋予了水凝胶快速自愈的能力，使其能够精确地实现肿瘤内注射。关键的是，动态硼酸酯键的pH响应性使得尼日尔菌素和R848能够在酸性肿瘤微环境中释放。
从机制上看，尼日尔菌素的持续释放导致肿瘤细胞线粒体损伤和活性氧物种的积累，从而引发Caspase-1/GSDMD介导的焦亡。同时，R848的局部释放特异性地激活了TLR7受体，促进了树突状细胞的成熟以及抗原的交叉呈递（方案1b）。这种协同作用有效逆转了免疫抑制的肿瘤微环境，并促进了细胞毒性CD8+ T细胞和自然杀伤细胞的浸润。得益于焦亡诱导和免疫抑制肿瘤微环境逆转的协同效应，Gel@R/N被用于治疗皮下和原位肝细胞癌（方案1c）。本研究验证了利用可注射水凝胶平台在体内诱导肿瘤细胞焦亡的可行性，为协同癌症免疫治疗提供了高效的平台。
章节片段
材料
单宁酸、聚乙烯醇和海藻酸钠购自Aladdin Reagent Co., Ltd.（上海，中国）。Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）、胎牛血清（F801-500）以及肝细胞癌细胞系（Hepa1-6和hepa1-6-Luci）由Baidi Biotechnology Co., Ltd.（上海，中国）提供。R848（IR0960）和尼日尔菌素（IYT6900）购自北京Solarbio Science & Technology Co., Ltd.（北京，中国）。LDH释放测定试剂盒由...
Gel@R/N的制备与表征
动态双重网络水凝胶以PVA和SA为主要结构框架制备。具体步骤是在pH=9.0的条件下混合PVA、SA和TA，随后加入硼砂以引发交联和凝胶化。在该体系中，TA通过氢键形成物理交联点，而硼砂则将PVA和TA上的1,3-二醇基团连接起来，形成动态共价硼酸酯键，从而构建双重网络。
结论
总之，我们开发了一种可注射的动态双重网络水凝胶，用于尼日尔菌素和R848的局部共同递送。该系统结合了焦亡诱导和免疫激活的协同治疗策略，用于肝细胞癌的治疗。该平台不仅依赖于直接的细胞毒性，还利用焦亡作为免疫触发机制来启动和增强抗肿瘤免疫反应。从机制上看，尼日尔菌素通过诱导线粒体功能障碍和活性氧...
作者贡献声明
周先飞：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、实验研究、概念构思。 王如月：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、实验研究、概念构思。 赵金超：初稿撰写、验证、方法论设计。 雷雷：验证、方法论设计。 戴文斌：验证、实验研究。 金桥：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、经费争取。
致谢
本研究得到了浙江省“先锋”和“领头雁”研发计划（项目编号：2025C02132）以及国家自然科学基金（项目编号：22678499）的财政支持。
周先飞 | 王如月 | 赵金超 | 雷雷 | 戴文斌 | 金桥 | 唐哲
