摘要
癌症是全世界造成死亡的主要原因之一，且发病数、死亡数仍在持续上升，对患者的身心健康和公共的医疗服务都带来了沉重的负担。对癌症进行早期诊断与预防，是降低死亡率的最有效方法。循环肿瘤细胞（Circulating tumor cells, CTCs）是从早期的或转移性的肿瘤中脱落的，其在患者的外周血液中循环时通常伴随着癌症转移或扩散，对于癌症早期筛查与诊断具有重要意义。利用免疫磁性纳米颗粒检测、分离和分析稀缺的CTCs在癌症早期诊断中展现出良好的前景。但是，纳米颗粒进入生物体后会吸附非特异性蛋白，形成的蛋白冠覆盖纳米颗粒表面的靶向配体，这限制了纳米颗粒对CTCs的捕获效率。此外，纳米颗粒表面靶向配体与白细胞之间的相互作用则显著限制了其分离的CTCs的纯度。其次，纳米颗粒与细胞的界面碰撞对分离的循环肿瘤细胞的活性有负面影响。所有这些因素限制了稀有循环肿瘤细胞的分离与分析，不利于进行癌症的早期诊断和精准医疗。 为了解决这一困境，我们开发了中性粒细胞膜表面功能化的免疫磁纳米颗粒。该仿生免疫磁纳米颗粒具有以下优势：可以显著减少非特异性蛋白质吸附，增强与CTCs的相互作用，减少背景白细胞的干扰，并提高分离的CTCs的活性。在血液样本中，与未包覆中性粒细胞膜的免疫磁纳米颗粒相比，中性粒细胞膜包覆的免疫磁纳米颗粒表现出更高的分离效率（从 41.36%提升至 96.82%）和更高的分离纯度（从40.25%提升至 90.68%）。此外，利用中性粒细胞膜免疫磁纳米颗粒成功分离出了 20份乳腺癌患者血液样本中 19份样本的CTCs，并进一步验证了利用中性粒细胞膜免疫磁纳米颗粒分离 CTCs 进行下游基因测序的可行性。本研究为细胞膜仿生免疫磁纳米颗粒用于CTCs的精确检测、分离和分析提供了新的视角，为癌症的早期诊断铺平了道路。 除了对于癌症早期诊断开展了系统性研究，本论文进一步开发了能用于癌症预防的纳米疫苗。目前，虽然基于癌症疫苗的研究已经取得了部分进展，但由于免疫反应率不足，这些策略大多缺乏激活免疫系统对抗癌症的能力。为了克服此前癌症疫苗策略的缺陷和不足，本论文结合合成生物学方法、慢病毒基因转染技术和纳米工程技术设计了一种可以实现细胞毒性 T 细胞激活和免疫抑制逆转的基因工程化细胞膜纳米疫苗。该纳米疫苗是一种来自基因工程化癌细胞的细胞膜纳米囊泡，含有共刺激分子 CD40 配体（CD40 ligand, CD40L）和免疫检查点抑制剂程序性死亡-1（Programmed death-1, PD-1）。共刺激分子 CD40L 与癌细胞膜表面自然表达的肿瘤抗原结合，可有效刺激树突细胞（DC）介导的细胞毒性T细胞免疫激活。免疫检查点抑制剂PD-1能够阻断 PD-1/ Programmed death-ligand 1（PD-L1）信号通路，诱导免疫抑制逆转，进而增强细胞毒性 T 细胞对癌细胞的免疫应答。该纳米疫苗配方在雌鼠乳腺癌模型中显示出良好的预防效果。这种结合了基因技术和纳米技术的癌症纳米疫苗代表了一种新兴的个体化癌症疫苗策略，为全球各种类型的癌症预防提供了崭新的思路。
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