螺旋聚焦流微混合器：可控制备杂化纳米颗粒，赋能抗肿瘤免疫

肿瘤细胞通过代谢重编程满足快速增殖所需的物质与能量需求，同时促进免疫抑制性肿瘤微环境的形成。由于肿瘤细胞具有较强的代谢可塑性，可通过不同代谢途径间的补偿维持生存，因此针对单一代谢途径的治疗策略往往难以取得理想疗效。

针对上述问题，中国科学院上海硅酸盐研究所陈航榕研究员和马明研究员团队构建了一种具有钒酸盐-NO协同治疗功能的纳米颗粒。通过对肿瘤细胞糖酵解和线粒体代谢的双重抑制作用协同增强抗肿瘤免疫治疗。相关成果以“Dual Metabolic Inhibition Via Vanadium–NO Synergistic Nanoplatform Potentiates Cancer Immunotherapy"为题发表在《Small》上。

图1. 钒酸盐-NO协同治疗纳米颗粒的微混合器辅助制备及双重代谢调控增强肿瘤免疫治疗示意图。

具有钒酸盐-NO协同治疗功能的纳米颗粒（以下简称VTL）基于钒离子的配位作用，由钒酸盐、L-精氨酸和单宁酸分子在微混合器中自组装而成。研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch^® S140，精度：10 μm），一体化成型制备了螺旋聚焦流（HBSCF）微混合器，并在其出口后端连接延长软管。其中，HBSCF结构可强化前驱体溶液的径向混合，为VTL纳米颗粒的初始成核提供均一的混合条件；后端延长软管则利用Dean流进一步强化混合，促进纳米颗粒的充分自组装与稳定形成。所得VTL纳米颗粒的平均水合动力学粒径为91.6 nm，多分散性指数（PDI）为0.118。在此基础上，通过在VTL颗粒表面包覆肿瘤细胞膜，构建了具有同源靶向性能的VTLM纳米颗粒，从而促进纳米颗粒在肿瘤部位的富集与滞留。

图2. HBSCF微混合器示意图及VTL纳米颗粒的表征。（a）HBSCF微混合器实物照片及Micro-CT图像；（b）用于VTL合成的整体装置照片及HBSCF微混合器内部流体混合示意图；（c）HBSCF微混合器与传统搅拌法制备的VTL纳米颗粒粒径分布对比；（d）VTL纳米颗粒的TEM图像；（e）VTL纳米颗粒的HAADF-STEM图像及EDS元素分布图。

研究表明，最终构建的VTLM纳米颗粒能够在肿瘤细胞内催化产生羟基自由基，并促进NO释放，二者协同诱导线粒体功能损伤。同时，钒组分可显著降低肿瘤细胞丙酮酸激酶M2（PKM2）的表达及酶活性，抑制糖酵解并减少乳酸积累。通过协同干预线粒体功能与糖酵解过程，VTLM纳米颗粒显著降低肿瘤细胞内ATP水平，破坏其能量代谢稳态，有效抑制代谢补偿，从而增强抗肿瘤治疗效果。在4T1荷瘤小鼠模型中，VTLM纳米颗粒的肿瘤抑制率达到80.7%。进一步的体内免疫分析表明，VTLM能够促进肿瘤组织中树突状细胞成熟及CD8⁺ T细胞浸润，推动巨噬细胞向M1型极化，并减少免疫抑制性细胞比例，有效重塑肿瘤免疫微环境，为通过多途径代谢干预增强肿瘤免疫治疗提供了新策略。

图3. VTLM颗粒的双重代谢抑制作用及体内抗肿瘤效果。（a）JC-1流式细胞术检测不同处理后4T1细胞的线粒体膜电位变化；（b）不同处理后4T1细胞培养上清中的相对乳酸含量；（c）不同处理后4T1细胞内的相对ATP含量；（d）4T1荷瘤小鼠的给药及治疗流程示意图；（e）不同处理组小鼠在14天治疗期间的肿瘤体积变化曲线。

上述研究成果系中国科学院上海硅酸盐研究所与国科大杭州高等研究院的科研人员共同完成，博士研究生田睿智为第一作者，马明研究员为通讯作者。