机器学习引导的中国大蝾螈皮肤抗光老化肽：高效制备和机制研究

基本信息

英文标题：Prolonged Release of Bacillus Calmette−Guerin by Floating Microbubbles to Enhance Intravesical Immunotherapy for Bladder Cancer

中文标题：浮游微泡对卡介苗−Guerin的长期释放，以增强膀胱癌的膀胱内免疫治疗

发表期刊：《ACS Nano》

影响因子：16

作者单位：中山大学深圳校区生物医学工程学院、中山大学孙逸仙纪念医院泌尿外科等

作者信息：

Tianmin Tang, Shuying Kong, Junyi Xie, Qiurong Deng, Cong Lai, Shuanshuan Guo, Hao Yu, Jianhua Zhou

研究背景

膀胱癌(BC)是全球常见疾病，其中约70%为非肌层浸润性膀胱癌(NMIBC)。目前，腔内灌注卡介苗(BCG)是中高风险NMIBC的标准治疗方法。然而，传统BCG灌注后2小时内即因排尿被迅速清除，限制了其免疫治疗效果。现有策略如粘附性水凝胶或外磁场响应系统存在生物相容性差或使用不便等问题。

本研究提出一种基于空气微泡的漂浮药物递送系统(BCG-MBs)，可实现BCG在膀胱内的长期滞留与缓释，从而增强免疫治疗效果。

研究创新点

首次利用乳化-交联-冻干策略制备载BCG的漂浮微泡(BCG-MBs)，载药率达25%，并保持良好的生物活性。

BCG-MBs密度低于尿液，可在尿液中持续漂浮，避免被排尿清除，实现长达24小时的膀胱滞留。

在SD大鼠原位膀胱癌模型中，BCG-MBs显著抑制肿瘤生长，提升存活率，并诱导持久的免疫反应(如IL-2水平持续升高)。

该系统具有良好的生物相容性和安全性，具备承载多种药物(如化疗药、核酸、外泌体)的潜力。

研究方法

BCG-MBs的制备与表征

采用乳化-交联-冻干法制备BCG-MBs，通过显微镜、SEM、CLSM、拉曼光谱等进行形貌与成分分析。

漂浮与滞留性能测试

在体外尿液收集管和大鼠膀胱中观察BCG-MBs的漂浮与滞留行为，使用超声成像进行实时监测。

药物释放动力学研究

在尿液环境中评估BCG的累积释放率，并模拟周期性排尿条件下的释放行为。

体内治疗效果评估

建立SD大鼠原位膀胱癌模型，分组进行BCG-MBs、传统BCG和 saline 治疗，通过超声监测肿瘤进展，检测IL-2水平，记录存活率与体重变化。

组织病理学分析

对肿瘤组织和主要器官进行HE染色，评估治疗效果与系统性毒性。

实验结果

图1：展示BCG微球体(BCG-MBs)在膀胱内免疫治疗应用的示意图

作为漂浮式药物递送系统，BCG-MBs可在尿液中保持悬浮状态而不被排泄，从而实现长期滞留于膀胱。滞留于膀胱内的BCG-MBs会逐渐降解，从而延长卡介苗(BCG)的释放时间。BCG的持续释放通过持续激活TH1型免疫反应，诱导持久性免疫应答。释放的BCG被抗原呈递细胞(APCs)摄取后，这些抗原被呈递给T淋巴细胞并激活其功能。活化的T淋巴细胞上调IL-2、IFN-γ和TNF-α等关键细胞因子的分泌，促进T淋巴细胞分化为细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)。CTLs数量的增加会诱导更多BC细胞凋亡，从而显著提升抗肿瘤疗效。

图2：BCG微胶囊的制备与表征

(A) 示意图展示通过乳液-交联-冷冻干燥策略制备BCG-MBs的工艺流程。(A-i)BCG-BSA与生理盐水的悬浮液示意图;(A-ii)采用乳液-交联策略制备的BSA微胶囊包裹BCG的结构示意图;(A-iii)经冷冻干燥后重新悬浮于生理盐水中的BCG-MBs结构示意图。

(B) BCG-MBs光学显微图像。比例尺：100 μm。

(C) BCG-MBs扫描电镜图像。比例尺：20 μm。

(D) BCG-MBs共聚焦激光扫描显微镜图像。比例尺：100 μm。

(E) BCG-MBs中感兴趣区域的拉曼光谱。a.u. =任意单位。(E-i)BCG-MBs中ROI 1的光学显微图像插图。比例尺：20 μm;(E-ii)BCG-MBs中ROI 2的光学显微图像插图。比例尺：20 μm。

(F) BCG-MBs尺寸分布直方图。

(G) BCG-MBs气核直径分布直方图。

图3：分析BCG-MBs在尿液收集管及SD大鼠膀胱中的漂浮与滞留特性

(A) 显示BCG-MBs在尿液收集管中漂浮状态的示意图，红色箭头指示BCG-MBs的漂浮层。

(B) 尿液收集管内BCG-MBs随时间变化的漂浮比例。

(C) 膀胱超声影像：膀胱灌注BCG-MBs(12 mg/mL−1,0.1 mL)后不同时间点的成像结果。(C-i)膀胱灌注BCG-MBs后的超声图像;(C-ii)灌注后4小时的膀胱超声图像;(C-iii)灌注后8小时的膀胱超声图像;(Civ)灌注后24小时的膀胱超声图像。红色与黄色虚线分别标示膀胱与BCG-MBs区域。比例尺：1.0厘米。

(D) 膀胱灌注BCG-MBs后，膀胱高回声区面积占比随时间变化的百分比。

图4：BCG-MBs的长效药物释放特性

(A) 蛋白多糖-胶束复合物(BCG-MBs)在尿液中随时间推移累积释放BCG的荧光显微图像。比例尺：20 μm。(插图：BCG-MBs在尿液中累积释放BCG的光学显微图像，比例尺：20 μm)。

(B) BCG-MBs在尿液中随时间推移累积释放BCG的百分比。

(C) 模拟周期性排尿条件下BCG-MBs在尿液中释放BCG的荧光显微图像。比例尺：20 μm。(插图：模拟周期性排尿条件下BCG-MBs在尿液中释放BCG的光学显微图像，比例尺：20 μm)。

(D) 模拟周期性排尿条件下BCG-MBs在尿液中释放BCG的浓度。

图5：卡介苗纳米颗粒(BCG-MBs)在SD大鼠原位膀胱癌治疗中的体内疗效观察

(A) 原位膀胱癌SD大鼠模型构建及治疗示意图。

(B) 膀胱肿瘤病程超声影像，红色虚线为膀胱边界，黄色虚线表示肿瘤范围。比例尺：1.0厘米。

(C) 卡介苗诱导免疫反应中IL-2分泌示意图.

(D) SD大鼠膀胱内不同组别IL-2水平检测结果。

(E) 各组SD大鼠生存曲线。

(F) 各组SD大鼠体重变化趋势

图6：卡介苗-微球(BCG-MBs)在SD大鼠实验结束时的体内治疗效果

(A) 第28天切除的各组大鼠膀胱肿瘤重量对比图及(B)肿瘤重量数据。**p < 0.01。

(C) 各组大鼠膀胱肿瘤组织的HE染色病理切片。比例尺：100 μm。

研究结论

BCG-MBs平均粒径为102 μm，空气核直径85 μm，密度低于尿液，具有良好的漂浮性能。

在模拟排尿条件下，BCG-MBs能维持BCG治疗浓度(白天178.1 ± 4.4 μg/mL，夜间349.0 ± 10.1 μg/mL)。

BCG-MBs治疗组肿瘤体积最小，存活率100%，IL-2水平显著高于传统BCG组。

组织病理显示BCG-MBs组免疫细胞浸润更明显，肿瘤病理分型更轻，主要器官无显著毒性。

研究结论

本研究成功开发了一种基于空气微泡的漂浮药物递送系统BCG-MBs，可实现BCG在膀胱内的长期滞留与缓释，显著增强抗肿瘤免疫反应，提高治疗效果，并具有良好的生物安全性。该系统为膀胱癌及其他腔道疾病的局部治疗提供了新策略。