天津医科大学孙少凯/张雪君《AFM》：持续性发光免疫水凝胶用于肿瘤的体内光动力免疫治疗

光动力疗法(PDT)由于其高时空选择性、微创性、低毒性和显著的治疗效果，已成为治疗多种癌症的替代方案。它依靠收集光敏剂吸收特定波长的光，然后产生活性氧(ROS)，从而导致肿瘤细胞的氧化损伤。然而，大多数光敏剂需要由紫外线(UV)到可见光的短波光激活，且穿透组织的能力较低，导致治疗效果不理想。近年来，PDT激活的光波长已从紫外/可见光调节到到X射线，近红外(NIR)光，化学发光和Cerenkov发光。而基于X射线和近红外光的PDT需要外界光的长期照射，分别会因辐射损伤和热效应造成不可预测的组织损伤。化学发光和Cerenkov发光可以作为内部光源，但前者需要足够的化学发光试剂供应，安全性问题较大，后者存在电离辐射损伤的风险。

持久性发光材料(PLM)是一种能够储存紫外光、可见光、近红外光和X射线等激发能量的材料，然后可在外部激发停止后持续发光数小时甚至数天。与可见光相比，PLM的近红外PL允许更强的组织穿透，其独特的光可再生性使其成为“可充电的光电池”，可诱导持续和重复的PDT，而不会因长期的外部照射造成潜在的组织损伤。传统的基于PLM的PDT主要采用水溶性PLM作为内光源，但在制备水溶性PLM的过程中，碱条件下的腐蚀和筛选导致了晶格的损伤，使发光性能显著下降。具有强持久发光(PL)的基于PLM的植入物是新一代高效PDT的内源，但是繁琐合成过程是不可避免的。最近，天津医科大学张雪君等提出一种智能的“从固体到凝胶”策略来开发高温煅烧PLM完整持续发光的PLM水凝胶，用于肿瘤的可充电的PDT，这为强PL敏化的PDT开辟了新的途径。然而，由于活性氧的寿命较短，且肿瘤缺氧，单次PDT对肿瘤的消除作用受到了强烈的阻碍.因此，研究者们期望集成基于PLMDE PDT与其他辅助治疗方案，从而提高肿瘤治疗效率。

通过训练和刺激人体免疫系统来破坏肿瘤细胞的免疫疗法在肿瘤治疗中显示出了广阔的前景。研究者们已经证实PDT治疗之后，可以通过从肿瘤细胞残基中生成肿瘤相关抗原来触发可靠但有限的免疫反应。佐剂可以极大地促进树突状细胞(DCs)吞噬抗原并成熟，从而产生强大的免疫反应。典型的，咪喹莫特(R837)，一种疏水小分子，作为Toll样受体-7 (TLR7)激动剂已被FDA批准并用于肿瘤免疫治疗中。然而，这些疏水佐剂的生物学应用不可避免地需要合成复杂的特定载体。考虑到“将固体转化为凝胶”策略在使用各种药物时具有独特的优势，因此，基于这种策略结合R837和PLM敏化PDT是一种很有前途的高效协同肿瘤消除方法。

基于此，天津医科大学孙少凯、张雪君通过“把固体变成凝胶”的策略，提出了一种持久性发光免疫水凝胶用于可充电光动力免疫治疗，如示意图所示。这一可充电免疫水凝胶(PLM-R837- alg水凝胶，PRA)可通过将疏水的PLM和R837粉末简单地引入藻酸钙水凝胶中制备得到。

Scheme 1. 用于持续光动力免疫治疗的PLM-R837-ALG水凝胶的制备示意图。

这一水凝胶PRA显示了完整的PLM持续发光特性，以及包括PLM和R837在内的疏水前驱体的100%利用效率。此外，PRA具有良好的生物相容性和良好的可注射性，可轻松注射到肿瘤部位作为内部光源，无针路渗漏，对周围组织扩散低。PLM的强PL和红光再生能力允许有效地激活光敏剂Ce6，进行持续和重复的PDT。R837的负载可以有效地放大PDT过程中产生的抗原的免疫原性，从而触发强大的免疫反应杀死肿瘤细胞。体外和体内实验验证了PRA作为一种出色的内光源激活PDT并诱导强烈的免疫反应的可行性，并取得了显著的光动力-免疫协同治疗效果。（图1）。

Figure 1． 体内光动力-免疫治疗。a,b)体内光动力-免疫治疗示意图。c)各组小鼠14 d肿瘤图像。d) 14天内肿瘤相对体积随时间变化。e) 14天后从小鼠中分离出的肿瘤图像。f) 14天后肿瘤的重量。小鼠血清中g) TNF-α和h) IL-6的分泌，i，j)流式细胞术分析不同组肿瘤中CD3+CD8a+细胞的表达及百分比。

结论: 作者基于“固体变成凝胶”的策略，通过简单地将PLM和R837粉末分散到海藻酸钙水凝胶中，开发了一种持久性发光水凝胶，用于持续和可充电的光动力免疫治疗。所设计的PLM- R837 -ALG水凝胶不仅表现出完整的PLM持久发光性和疏水前驱体的利用率达到100%，而且具有良好的生物相容性和可注射性。它可以很容易地注射到肿瘤部位，从而避免了从针路渗漏、扩散到周围组织。强烈的PL和可充电性使PRA成为一种很有前途的内部光源，可以有效地激活Ce6用于肿瘤的持续和重复光动力治疗。在PLM水凝胶中装载R837可以有效地促进树突状细胞的成熟，然后放大PL致敏PDT产生的抗原的免疫原性。体外和体内实验均证实了这一体系具有强大的免疫反应和协同光动力免疫治疗抑制肿瘤的作用。作者认为，PLM-R837-ALG水凝胶为利用多种生物材料治疗各种疾病提供了一种简单而智能的方法。