微针系统在肿瘤疫苗中的研究进展

肿瘤已成为全球人口死亡的主要原因，严重威胁着人类的生命健康。免疫治疗是一种新兴的抗肿瘤手段，其通过激活或增强自身免疫系统来识别和摧毁肿瘤细胞，在肿瘤治疗方面具有巨大潜力。目前，常用的肿瘤免疫疗法包括治疗性肿瘤疫苗疗法、单克隆抗体免疫疗法、免疫检查点抑制疗法和过继细胞疗法等。治疗性肿瘤疫苗疗法在肿瘤免疫治疗中占有重要地位，能够诱导并放大肿瘤抗原的免疫反应，特异性地杀伤肿瘤细胞。微针系统是一种微创无痛的经皮给药方式，可以穿过角质层将肿瘤抗原递送至皮肤内特定深度并发挥特异性免疫反应，具有患者依从性高、给药方便、储运方便等优点。

据麦姆斯咨询报道，近期，来自山东大学的研究人员在《中国药学杂志》发表了题为“微针系统在肿瘤疫苗中的研究进展”的综述文章，介绍了微针系统及其递送肿瘤抗原的机制，并总结了微针系统递送肿瘤抗原的研究进展，以期探索肿瘤抗原递送的新途径，推进微针系统在肿瘤疫苗中的应用，为新型肿瘤疫苗的开发提供参考。

微针系统应用于肿瘤疫苗中展现了其独特的优势：（1）能够实现肿瘤抗原和佐剂的联合递送，诱导更高效的免疫应答；（2）能够准确将肿瘤抗原与佐剂递送至活性表皮和真皮层，直接且有效地作用于皮肤层的抗原递呈细胞，快速启动特异性免疫应答；（3）将肿瘤抗原封装于微针中可以提高其稳定性，避免冷链储存和运输的不便性，降低储运的成本；（4）微针的体积较小，给药方便，无需专业人员操作就可以达到无痛给药目的，大大提高患者的依从性。

微针穿透角质层后，释放肿瘤抗原至活性表皮或真皮层，然后被活性表皮中朗格汉斯细胞（LC）和真皮中真皮树突状细胞（DDC）捕获和提呈，促进树突状细胞（DC）活化并上调主要组织相容性复合体和共刺激分子B7表达，迁移并引流至淋巴结与T细胞表面受体结合，在共刺激分子和细胞因子作用下，T细胞完全活化并进一步增殖和分化，激活机体抗肿瘤免疫应答，有效发挥治疗效果并获得免疫记忆（图1）。根据肿瘤疫苗微针中抗原的状态，疫苗微针主要可分为游离抗原微针、纳米疫苗微针和树突状细胞疫苗微针。

图1 微针递送肿瘤抗原作用机制

游离抗原微针

微针具有足够的内部空间和表面积，可以将肿瘤抗原直接封装在微针内部或涂覆在微针表面，实现游离抗原与佐剂有效递送，发挥免疫治疗疗效。

（1）内部封装游离抗原微针

将游离抗原与佐剂直接分散或溶解在微针的基质材料中，可直接制备水凝胶微针和可溶性微针。制备方法简单易行，无需特殊设备与操作工艺。该类微针系统递送的肿瘤抗原主要是蛋白/肽疫苗或细胞裂解物，基质材料常常选择壳聚糖（CS）、透明质酸（HA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）等。Ye等选择基质为透明质酸的微针封装黑色素肿瘤裂解物和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子，该微针系统巧妙地借助肿瘤裂解物中现有的天然色素，实现光热治疗，利于细胞因子的释放和血液、淋巴液流量的增加，从而促进树突状细胞等免疫细胞迁移，最终启动特异性免疫反应，诱导肿瘤的消退，为后续微针系统与其他疗法的联合应用提供了新参考。

图2 利用基于透皮微针的疫苗贴片进行黑色素介导的癌症免疫治疗

（2）表面涂覆游离抗原微针

将游离抗原通过浸渍或蘸取的方式涂覆在固体微针表面，可获得涂层微针。相比实心微针省去了药物涂抹步骤，操作更简单快捷。同时通常利用静电吸附作用将抗原、佐剂与针体相结合，提高微针的载药量。Zeng等直接将阳离子精氨酸结构域修饰的酪氨酸相关蛋白2与胞嘧啶磷酸鸟苷寡脱氧核苷酸（CpG）寡核苷酸形成的电解质膜涂覆于聚丙交酯微针上。线性沉积的聚电解质膜多达128层，厚度约200 nm，载药量超过225 μg/cm²。结果在小鼠模型中诱导了强烈的特异性免疫反应，并产生持久的免疫记忆。

图3 在微针阵列上涂覆免疫聚电解质多层膜以增强癌症免疫

纳米疫苗微针

纳米疫苗微针是将肿瘤抗原首先封装于纳米颗粒中，如聚合物胶束、脂质体、纳米复合物等，然后分散于微针针体中制备而得。利用微针系统穿透角质层，将载肿瘤抗原纳米颗粒递送至皮肤中，被树突状细胞摄取后激活肿瘤免疫作用。纳米疫苗微针能增强抗原在淋巴结的蓄积，常包括以下机制：（1）10 nm ~ 100 nm的颗粒能够穿过细胞外基质直接到达淋巴结；（2）纳米颗粒可被皮肤部位的树突状细胞更高效地捕获，并迁移至引流淋巴结；（3）在纳米颗粒表面修饰与树突状细胞表面受体相识别的配体，能够实现淋巴结的靶向递送。Zhou等将CD40蛋白抗体（αCD40）修饰到载有卵清蛋白（OVA）、Poly I:C和派姆单抗的脂质体表面，然后封装在透明质酸微针中。进入机体后，αCD40能靶向树突状细胞表面高度表达的CD40，进而激活树突状细胞的成熟，促进纳米疫苗在淋巴结的蓄积，同时联合派姆单抗，增强细胞毒性T细胞的活化，实现抗肿瘤免疫反应的增强和免疫抑制微环境向免疫激活的逆转。

图4 纳米疫苗复合微针用于抗肿瘤免疫治疗

树突状细胞疫苗微针

分离外周血自体树突状前体细胞，经细胞因子或抗原刺激和诱导生成成熟树突状细胞。制备的树突状细胞疫苗回输至体内，能够有效地抑制肿瘤，具有安全性高、免疫原性强等优点。利用微针递送树突状细胞细胞，制备树突状细胞疫苗微针时，需要同时保证微针的机械强度和树突状细胞细胞的活力与释放效率。由于细胞可以保存在低温环境中，所以可以采用合适的低温保护介质作为微针基质材料。例如，Hao等在维持树突状细胞细胞活力和保证微针脱模完整性的条件下，筛选出2.5%二甲基亚砜和100 mmol/L蔗糖的磷酸盐缓冲溶液作为最佳低温介质，并将预先悬浮的树突状细胞细胞置于微针模具中进行-20℃ ~ -196℃梯度冷却，固化后制备得树突状细胞疫苗微针。结果显示，从微针中释放的树突状细胞细胞存活率达71.4% ± 1.4%，在液氮中保存1个月后活力不变。与静脉注射和皮下注射树突状细胞疫苗相比，树突状细胞疫苗微针在小鼠体内产生更强的特异性免疫反应和更有效的肿瘤抑制能力。

图5 用于经皮递送树突状细胞的低温微针

总体而言，微针系统作为一种安全无毒、使用方便、能够个体化皮下给药的新模式，在肿瘤抗原的递送中占有巨大优势。然而，将疫苗微针用于更多的肿瘤类型、缩短实验与临床差距以及解决微针系统制造工艺、肿瘤疫苗的配方设计、生产储运等问题，仍需进一步探索。相信在不久的未来，微针系统可以成为递送肿瘤抗原的一个重要措施。

审核编辑：刘清