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針對上述問題，深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)院華南醫(yī)院泌尿外科吳松教授團隊提出了一種創(chuàng)新的自驅(qū)動原位聚合納米藥物灌注系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心設(shè)計包括：1）利用多巴胺在膀胱內(nèi)原位聚合形成聚多巴胺（PDA）納米載體，實現(xiàn)藥物的高效包載和可控釋放；2）在納米顆粒表面修飾脲酶，利用膀胱內(nèi)尿素作為燃料產(chǎn)生自主驅(qū)動力，顯著提高藥物在膀胱黏膜的滯留和滲透；3）將STING激動劑cGAMP與Mn2?共載于納米顆粒中，協(xié)同激活STING信號通路，促進樹突狀細胞成熟和T細胞活化。這種"原位聚合+自驅(qū)動"的復(fù)合設(shè)計具有多重優(yōu)勢：首先，膀胱內(nèi)原位聚合避免了納米顆粒在遞送過程中的解離，確保藥物穩(wěn)定釋放；其次，脲酶驅(qū)動的自主運動顯著延長了藥物在膀胱的作用時間；最后，STING通路的精準(zhǔn)激活有效改善了腫瘤免疫微環(huán)境。該研究首次將原位聚合技術(shù)與微納米機器人技術(shù)相結(jié)合，為膀胱癌的局部治療提供了全新的解決方案，在提高藥物遞送效率的同時增強了抗腫瘤免疫應(yīng)答，具有重要的臨床轉(zhuǎn)化價值(圖1)。相關(guān)研究在2025年3月26日以“Self-Propelled In Situ Polymerized Nanoparticles Activating the STING Pathway for Enhanced Bladder Cancer Immunotherapy”為題發(fā)表于《Advanced Science》（DOI: 10.1002/advs.202502750）上。

圖1 原位聚合納米藥物的制備和納米顆粒形成機制的示意圖

（1）DMCU的制備與表征

體外首先合成了DMCU納米顆粒并進行表征。采用一鍋法在pH 8.5 Tris-HCl緩沖體系中聚合多巴胺、Mn2?和cGAMP形成DMC，隨后加入脲酶攪拌制備DMCU（圖2a）。DLS測定顯示，DMCU平均粒徑為193±27.6 nm（圖2b），DA和DMC分別為276±43.5 nm（圖2c）和206 nm（圖2d）。各組zeta電位測定結(jié)果為：DA -12.12±0.71 mV，DM -16.09±0.25 mV，DMC -16.36±1.23 mV，DMCU -17.39±0.57 mV（圖2e）。在pH 8.5 Tris-HCl體系中，DMCU平均zeta電位為15.79±2.75 mV（圖2f）。穩(wěn)定性實驗表明，在人工尿液中48小時后DMCU粒徑增至1909±132.34 nm，PBS中為1076±57.66 nm，雙蒸水中保持穩(wěn)定（745±17 nm）。紫外可見光譜顯示DMCU在480 nm處具有特征吸收峰（圖2g）。透射電鏡證實所有納米顆粒均呈不規(guī)則球形并具有粘附特性（圖2g）。能譜分析驗證了Mn2?、cGAMP和脲酶的成功負載（圖2h）。聚合過程觀察顯示，DA組聚合較慢，而DM、DMC和DMCU組聚合速率逐漸加快。載藥量測定顯示DMCU對Mn2?的載藥率為76.2%。釋放實驗表明，人工尿液中Mn2?在10小時達到釋放峰值，而PBS中48小時后仍處于釋放上升階段（圖2i）。

圖2 a) 自推進原位聚合納米藥物的聚合過程示意圖。b-d) 納米藥物 DA、DMC 和 DMCU 在聚合完成前不同時間點的粒徑變化。e) 離心和純化后 DA、DM、DMC 和 DMCU 的 Zeta 電位測量。f) 原位聚合環(huán)境（Tris-HCl，pH 8.5）中 DMCU 的 Zeta 電位隨時間的變化。g) 使用紫外可見光譜法測量 DA 和 DMCU 在不同時間點的吸收峰變化。h) 通過 EDS 映射分析了 DMCU 的 TEM 圖像及其元素組成。脲酶是一種含鎳寡酶，其活性中心需要鎳離子才能發(fā)揮催化作用。每個脲酶分子通常含有兩個鎳離子，對應(yīng)的質(zhì)量百分比約為 0.024%。由于鎳的含量有限，為了更好的可視化，其位置已用黃色虛線突出顯示。i）通過電感耦合等離子體光譜法（ICP）檢測不同時間點DMCU在人工尿液（pH 6.5）和PBS溶液（pH 7.4）中的釋放情況

（2）DMCU的自推進性能和膀胱保留

為驗證脲酶對DMCU的驅(qū)動作用，在不同濃度尿素溶液（0、50、100、200 mM）中進行了運動軌跡分析。結(jié)果顯示DMCU運動軌跡隨尿素濃度增加顯著延長（圖3a），均方位移（MSD）與時間呈線性關(guān)系（圖3b）。擴散系數(shù)（Deff）（圖3c）和運動速度（圖3d）均與尿素濃度呈正相關(guān)。膀胱腫瘤小鼠尿液檢測顯示尿素濃度為573.0±12.6 mM。在真實尿液中，DMCU表現(xiàn)出有效運動軌跡，而未修飾DMC僅顯示布朗運動，兩組MSD、Deff和速度存在顯著差異（圖3e-h）。體內(nèi)實驗顯示，原位聚合DMCU組（ISP-DMCU）在灌注120小時后仍保持強熒光信號，而其他兩組信號顯著減弱或消失（圖3i）。膀胱黏膜穿透實驗表明，ISP-DMCU組在黏膜下仍能觀察到更強的Cy5.5熒光信號。

圖3 DMCU 的運動性能。a) 典型的運動軌跡（超過 25 秒）、b) MSD、c) 擴散系數(shù) (D eff ) 和 d) DMCU 機器人在不同尿素濃度的 PBS 溶液中的速度。e) 典型的運動軌跡、f) MSD、g) D eff和 h) 膀胱腫瘤小鼠尿液中未修飾和尿素酶修飾的 DMCU 的速度。i) 在膀胱癌小鼠模型中，膀胱內(nèi)注射外源聚合 (ESP) Cy5.5 標(biāo)記的 DMC、原位聚合 (ISP) DMC 和原位聚合 DMCU 藥物。在 120 小時內(nèi)監(jiān)測每個納米顆粒在膀胱中的保留時間

（3）DMCU的體外抗腫瘤活性和細胞攝取

體外抗腫瘤實驗結(jié)果顯示，DMC對MB49細胞的細胞毒性顯著高于其他組別（DA、DM、MC）（圖4a-d）。細胞凋亡分析表明DMC組的細胞凋亡率達73.1%，明顯高于其他組（圖4e,f）。Calcein-AM/PI染色和CLSM觀察證實DMC具有強細胞毒性（圖4g）。集落形成實驗顯示DMC顯著抑制MB49細胞增殖（圖4h,j）。細胞攝取實驗表明，DMC@Cy5.5與MB49細胞共孵育4小時后主要定位于細胞質(zhì)（圖4k）。流式細胞術(shù)檢測顯示細胞內(nèi)紅色熒光強度隨孵育時間增加，7小時達到峰值（圖4i）。

圖4 DMCU 對腫瘤細胞的攝取和細胞毒性的體外評估。a–d) 使用 N-四甲基對苯二胺方法評估不同組原位聚合納米粒子 (DA、DM 和 DMC) 和不同濃度的游離尿素酶對 MB49 細胞活力的影響。e,f) MB49 細胞凋亡的 FCM 分析圖和半定量評估。g) 用 Calcein-AM (綠色，活細胞) 和 PI (紅色，死細胞) 染色的 MB49 細胞的 CLSM 圖像。h,i) 用結(jié)晶紫染色的 MB49 細胞集落和半定量分析。j) FCM 圖譜顯示 MB49 細胞在不同時間點對 DMC 的細胞內(nèi)攝取。k) DMC@Cy5.5與 MB49 細胞共培養(yǎng) 1、4 和 7 小時的 CLSM 圖像

（4）DMC誘導(dǎo)的DNA損傷和cGAS/STING通路的激活

研究表明Mn2?通過促進DNA損傷釋放dsDNA片段，經(jīng)cGAS識別后促進cGAMP合成，進而激活STING通路（圖5a）。免疫熒光檢測顯示DMC組γ-H2AX表達顯著增加，證實其誘導(dǎo)DNA損傷并激活STING通路（圖5f,l）。P-STING免疫標(biāo)記顯示DMC組磷酸化STING表達顯著升高。Western blot分析表明DMC處理組磷酸化STING、IRF3和TBK1表達明顯上調(diào)，而組蛋白H2AX無顯著差異（圖5b-e）。在免疫激活方面，與骨髓來源樹突細胞（BMDCs）共培養(yǎng)后，DMC組成熟BMDCs比例最高（37.6%）（圖5j,k）。ELISA檢測顯示DMC組上清液中IFN-β、IL-6和TNF-α水平顯著高于其他組（圖5g-i）。結(jié)果表明DMC通過誘導(dǎo)DNA損傷激活cGAS-STING通路，促進DC成熟并增強抗腫瘤免疫應(yīng)答。

圖5 DMC 在體外研究 DNA 損傷機制和 STING 通路激活。a) 腫瘤細胞中的 STING 通路及其對樹突狀細胞 (DC) 成熟的促進作用示意圖。b) STING 通路相關(guān)蛋白的 Western blot 分析，以 β-Actin 和 GAPDH 作為內(nèi)參。c–e) 基于灰度分析的 STING 通路相關(guān)蛋白 Phos-TBK1、Phos-STING 和 Phos-IRF3 表達水平的半定量統(tǒng)計分析。f) CLSM 圖像顯示用不同藥物處理的 MB49 細胞中的 γ-H 2 AX（藍色，DAPI；綠色，γ-H 2 AX）。g–i) DC 上清液中 TNF-α、IL-6 和 IFN-β 的細胞因子水平（n = 3 個 DC 培養(yǎng)皿）。j,k) 與用 PBS、DA、MC、DM 和 DMC 處理的 MB49 細胞共培養(yǎng)時 DC 激活的 FCM 結(jié)果。 l）對不同納米藥物處理的MB49細胞中γ-H 2 AX表達進行半定量統(tǒng)計分析

（5）DMCU的生物安全性和體內(nèi)功效

體內(nèi)安全性評估顯示，DMCU處理組小鼠體重及血清肝功能（AST、ALT）、腎功能（BUN、CREA）指標(biāo)均處于正常范圍主要器官H&E染色未見明顯病理改變。在MB49-Luc原位膀胱癌模型中，DMCU組經(jīng)兩次治療后腫瘤熒光信號顯著減弱（圖6c）。治療30天后，DMCU組膀胱體積和重量顯著低于其他組（圖6d,e），生存率達100%（圖6f）。治療終點（21天）膀胱H&E染色顯示DMCU組腫瘤體積最小、侵襲性最低。腫瘤組織TUNEL檢測顯示DMCU組凋亡細胞信號顯著增強（圖6j），Ki-67免疫組化證實該組腫瘤細胞增殖活性最低（圖6j）。結(jié)果表明DMCU具有良好生物安全性，能有效抑制膀胱腫瘤生長并提高生存率。

圖6 DMCU對體內(nèi)腫瘤生長的抑制作用。a）PBS、DA、DM、DMC、DMCU膀胱灌注治療后，治療方案示意圖及膀胱癌熒光值變化。b）治療期間各治療組小鼠體重變化曲線。c）治療周期內(nèi)各治療組小鼠膀胱腫瘤熒光變化統(tǒng)計圖。d）觀察周期末各治療組小鼠膀胱重量統(tǒng)計圖。e）觀察周期末膀胱腫瘤代表性照片和f）各治療組小鼠生存曲線。g-i）PBS、DA、DM、DMC、DMCU治療小鼠血清細胞因子TNF-α、IL-6、IFN-β變化。j）不同藥物治療小鼠腫瘤組織TUNEL（上）和Ki-67（下）染色結(jié)果

（6）DMCU的體內(nèi)免疫激活作用

體內(nèi)免疫激活實驗顯示，DMCU組血清中TNF-α、IL-6和IFN-β水平顯著高于對照組（圖6g-i）。流式細胞術(shù)分析證實DMCU組膀胱腫瘤組織中DC成熟率最高（52.2%）（圖7a）。在脾臟和膀胱組織中，DMCU組CD4? T細胞比例分別為18.8%和16.7%（圖7b），CD8? T細胞比例分別為22.3%和8.76%（圖7c），均顯著高于其他組。記憶T細胞（TEM）激活分析顯示DMCU組脾臟TEM激活率達26.3%。免疫熒光染色顯示DMCU組膀胱組織中CD4?和CD8? T細胞浸潤顯著增加（圖7d）。結(jié)果表明DMCU能有效激活STING通路，促進DC成熟、T細胞活化和免疫記憶反應(yīng)。

圖7 DMCU通過STING通路增強體內(nèi)抗腫瘤免疫反應(yīng)。a) 不同治療方案小鼠膀胱腫瘤DC活化的FCM及統(tǒng)計學(xué)分析。b) 不同藥物治療小鼠膀胱腫瘤及脾臟CD4 +和c) CD8 + T細胞活化的FCM及統(tǒng)計學(xué)分析。e) 免疫熒光染色不同藥物治療小鼠腫瘤組織CD4(上)和CD8(下)染色