《Advanced Materials》：Photoacoustic Nanotagging for In Vivo Tracking and Optimization of Macrophage Immunotherapy in Solid Tumors
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巨噬细胞为基础的免疫治疗对实体瘤具有应用前景，但仍存在关键局限，例如对治疗性巨噬细胞在体内的定位和持久性缺乏深入认识，从而难以评估其治疗效果。研究人员报道了一种免疫刺激性巨噬细胞纳米标记策略，用于图像引导的巨噬细胞介导实体瘤免疫治疗优化。纳米标记采用分支状金纳
巨噬细胞为基础的免疫治疗对实体瘤具有应用前景，但仍存在关键局限，例如对治疗性巨噬细胞在体内的定位和持久性缺乏深入认识，从而难以评估其治疗效果。研究人员报道了一种免疫刺激性巨噬细胞纳米标记策略，用于图像引导的巨噬细胞介导实体瘤免疫治疗优化。纳米标记采用分支状金纳米结构，在近红外范围内具有高效吸收能力，可产生光声对比。随后与干扰素γ（interferon gamma，IFNγ）偶联，赋予巨噬细胞向抗肿瘤表型极化的能力，且效果优于游离IFNγ，同时不牺牲细胞活力。经全身给药后，纳米标记巨噬细胞可通过超声引导光声（ultrasound-guided photoacoustic，US/PA）成像进行无创监测，实时显示输入巨噬细胞在实体瘤肿块中的定位及其持久性。基于观察到系统给药巨噬细胞在肿瘤内持久性有限，研究人员引入脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）作为局部支持性辅助剂。该联合策略增强了巨噬细胞滞留和治疗效果。再次攻击的小鼠保持无肿瘤状态，表明产生了适应性免疫记忆。综上，该方法为治疗性巨噬细胞的纵向监测及图像引导的巨噬细胞介导实体瘤免疫治疗优化提供了一个平台。
**基于光声纳米标记的巨噬细胞免疫治疗实体瘤：从影像示踪到联合治疗优化**
**1. 研究背景与科学问题**
实体瘤占所有癌症病例的90%以上，但以T细胞为主的细胞免疫治疗（如嵌合抗原受体T细胞疗法）在实体瘤中面临两大核心挑战：一是T细胞难以有效定位和浸润实体瘤，二是治疗后肿瘤复发风险高。巨噬细胞作为组织定居的髓系细胞，具有天然归巢至肿瘤的能力，并能参与适应性免疫应答，因此被视为解决实体瘤定位与复发的潜在细胞载体。然而，已有的巨噬细胞工程策略（如CAR巨噬细胞、细胞因子/抗体预激活等）虽然显示出临床前疗效，但缺乏对输注后巨噬细胞体内转运和命运的监测手段，而细胞的定位和持久性直接关系到后续治疗效果。同时，基于纳米颗粒的治疗诊断方案虽可提供成像引导，但多使用提取的巨噬细胞膜，限制了活细胞功能（如抗原提呈、细胞因子分泌）。
为解决上述问题，研究人员提出一种将光声（photoacoustic，PA）对比纳米颗粒直接整合到活巨噬细胞中的策略，使同一细胞同时具备成像引导功能和抗肿瘤免疫功能。超声引导光声（ultrasound-guided photoacoustic，US/PA）成像具有无创、实时、高分辨率解剖信息与高灵敏度对比信号检测相结合的优势，适合监测标记细胞的体内分布。该研究旨在通过纳米标记实现巨噬细胞体内示踪，并根据成像结果指导治疗方案的调整，最终优化巨噬细胞介导的实体瘤免疫治疗。
**2. 研究设计与主要技术方法**
研究人员合成了分支状金纳米结构（hyperbranched gold nanoconstruct，HBGNC）作为PA对比剂，并与干扰素γ（interferon gamma，IFNγ）偶联得到免疫刺激性纳米标记（HBGNCγ）。通过简单孵育即可高效标记小鼠骨髓来源巨噬细胞（标记效率约100%）。主要关键技术方法包括：种子介导的各向异性生长法制备HBGNC；金-硫醇反应实现IFNγ偶联；流式细胞术检测巨噬细胞表型标志物（MHCII、CD86、CD80、CD206）；Transwell实验评估迁移功能；ELISA和Griess法检测炎症因子（IL-6、TNF-α、亚硝酸盐）；组织仿体与活体US/PA成像系统（Vevo2100/LAZR）监测标记细胞信号；小鼠皮下CT26结肠癌模型（BALB/c小鼠）用于治疗与成像评估。研究样本队列来源于5–6周龄雌性BALB/c小鼠骨髓细胞。
**3. 主要研究结果**
**3.1 免疫刺激性PA纳米标记的合成与表征**
HBGNC由35 nm金纳米球经各向异性生长制备，在近红外区具有高吸收特性，且吸收光谱一周内保持稳定。与IFNγ偶联后（HBGNCγ），水合动力学直径无明显变化，ζ电位略有下降，吸收特性不受影响，表明纳米标记具备稳定的纵向成像能力。
**3.2 HBGNC标记与抗肿瘤表型调控**
以OD 1浓度标记巨噬细胞时，细胞活力保持约100%，且数天内完全存活。标记后细胞体积（前向散射FSC）和颗粒度（侧向散射SSC）随HBGNC浓度线性增加。与PBS、游离IFNγ或HBGNC相比，HBGNCγ处理的巨噬细胞表达最高的抗肿瘤标志物MHCII、CD86、CD80，同时促肿瘤标志物CD206表达最低，且HBGNCγ在多数浓度下优于游离IFNγ，证明该纳米配方具有优越的表型极化能力。
**3.3 标记巨噬细胞的优越功能响应**
Transwell迁移实验显示，在24小时时间点，HBGNC-Mac和HBGNCγ-Mac的迁移数量比PBS-Mac增加约4倍，表明纳米标记未因细胞增大而损害迁移行为，反而具有促进作用。在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激下，HBGNCγ-Mac分泌的亚硝酸盐和TNF-α浓度显著高于其他组，而对单磷酰脂质A（monophosphoryl lipid A，MPLA）的反应各组相当，提示HBGNCγ-Mac与佐剂联合可能产生有益协同作用。
**3.4 标记巨噬细胞的光谱特征**
在组织仿体中，标记巨噬细胞在HBGNC标记浓度OD 0.5以上即可产生强PA信号，且PA信号与标记浓度、细胞浓度均呈高度线性关系。标记细胞在4000次激光脉冲下PA信号无衰减，且在数天内信号保持稳定，激光照射不影响细胞活力。标记细胞的消光值与细胞浓度亦呈线性关系，证明该系统适用于纵向定量成像。
**3.5 实体瘤内注射巨噬细胞的US/PA可视化**
在皮下CT26肿瘤模型中，瘤内注射的PBS-Mac和IFNγ-Mac无明显PA信号，而HBGNC-Mac和HBGNCγ-Mac显示强PA信号，且信号随时间缓慢下降。HBGNCγ-Mac组肿瘤生长最慢，未见体重异常。
**3.6 基于US/PA成像的系统给药评估**
经尾静脉系统注射后，仅HBGNCγ-Mac组在Day 7肿瘤区域出现可检测PA信号，但信号强度较低，且肿瘤体积无明显抑制。这一成像结果提示单独系统给药巨噬细胞在肿瘤内滞留不足、疗效欠佳，为后续治疗调整提供了数据依据。
**3.7 US/PA指导的联合免疫治疗**
基于成像发现的有限持久性，研究人员在原有系统给药方案中加入瘤内LPS注射。联合治疗后，HBGNC-Mac和HBGNCγ-Mac组均显示巨噬细胞在肿瘤内持久性增强，但仅HBGNCγ-Mac组表现出显著的肿瘤抑制效果和最高存活率。联合治疗对体重和体况评分无不良影响。存活小鼠再次接种相同CT26细胞后均未出现肿瘤生长，且肺转移模型中未见转移结节，组织学验证了正常肺形态，表明产生了适应性免疫记忆。流式分析显示Day 7肿瘤内CD4
+ T细胞比例显著增加，提示有益的固有-适应性免疫协同。
**4. 总结与讨论**
该研究开发了一种将免疫刺激性PA纳米标记整合到巨噬细胞中的策略，实现了实体瘤免疫治疗中巨噬细胞的无创实时示踪与治疗监测。通过US/PA成像获得巨噬细胞在肿瘤内的定位和持久性信息，据此引入LPS局部注射作为支持性治疗，显著增强了巨噬细胞滞留和抗肿瘤疗效，并诱导了抗再挑战的免疫记忆。研究讨论指出，髓系细胞具有抗原非依赖性吞噬、广泛的肿瘤新抗原提呈和免疫细胞募集能力，尤其是协调适应性免疫的潜力，有望克服肿瘤复发难题。与基因工程相比，纳米颗粒标记利用巨噬细胞天然吞噬特性，操作简单高效，且可通过调整纳米颗粒的尺寸、形状和材料实现不同极化方向和成像功能。尽管当前研究基于无机金材料，但该策略可推广至有机或临床已批准材料（如全氟化碳脂质壳微滴），以实现无需光学成像的深层组织超声成像，提升临床转化潜力。研究结论部分可翻译为：**“总体而言，尽管存在直接临床转化等一些局限性，研究人员的发现有望为推进当前基于巨噬细胞的实体瘤免疫治疗以及开发图像引导的细胞治疗提供重要见解。”**
