Nature Chemistry点评：塑料抗体，一种更简便、更便宜的癌症治疗方案？
NanoLabs
2020-02-25
单克隆抗体在癌症治疗中显示出巨大的成功；然而，临床应用的人源化价格昂贵，且操作复杂。如今，一种称之为分子印迹聚合物纳米凝胶在肿瘤治疗方面，表现出更加诱人的前景。传统的肿瘤治疗不断暴露出其局限性，治疗性单克隆抗体通过生物药物与肿瘤细胞表面的特定蛋白质（抗原）结合，从而阻止其生长，已经彻底改变了许多癌症的治疗。大多数单克隆抗体是用杂交瘤技术在啮齿动物体内产生的，杂交瘤细胞通过产生短命抗体的B细胞（宿主动物的）与永生化骨髓瘤细胞的融合来制备，每个杂交瘤组成性表达大量的一种特异性单克隆抗体。
图丨单克隆抗体 lymphoma-action.org.uk为了避免免疫原性反应，在注射到患者体内之前，需要进行人源化（使抗体更接近人类抗体的修饰）。单克隆抗体的主要缺点仍然是它们的不稳定性（由于蛋白酶的污染和降解，需要在4℃下储存）以及耗时和昂贵的生产工艺。因此，结合快速、简单、稳定和成本效益的一种可行的替代方法是使用基于分子印迹聚合物（MIPs）的合成抗体。早在40年前就有人提出MIPs。MIPs是基于仿生学基础而产生的一个简单而吸引人的想法，即目标分子的分子印记可以通过分子模板被压印到正在生长的聚合物基质中，一般而言，需要使用模板法，让聚合物链在模板周围生长，然后通过洗涤等方式移除模板，在形成的MIP中留下与模板互补的分子腔。然后，这些空腔可以特异性地识别和结合目标，类似于结合其抗原的抗体。考虑到印迹过程的通用特征以及简单易懂的合成方法，MIPs概念已经发展成为一套强大的方法，可以生产抗体的化学模拟物。
第一个突破性进展，是解决了合成纳米级可溶性MIPs的方案，将这些化学武士的尺寸转移到了大分子的规模，并最终能够在细胞水平甚至在体内参与战斗。第二个里程碑进展，是在单个步骤中将合成与亲和分离步骤相结合。模板固定在固相载体上，纳米凝胶的形成发生在模板周围。此过程可快速制备具有结构精准的尺寸大小（40–100 nm）和狭窄的大小分布的可溶性MIP-NPs，而无需残留模板。此外，固定模板可以选择其方向，蛋白表位可以通过N端或C端固定，甚至可以固定结构化的表位，例如环肽，有组织的三维构象和蛋白质结构域，从而形成具有均匀和定向结合位点的单克隆纳米凝胶，有效提高了识别的选择性和特异性。当将MIP-NPs用于体外或体内识别时，这有望导致功能特性的改善。近日，由Karsten Haupt和Bernadette Tse Sum Bui领导的小组在Angewandte Chemie上撰文，目前已制备出分子印迹聚合物纳米颗粒(MIP-NPs)，这种纳米颗粒可以识别和阻断钙粘着蛋白（介导细胞间粘附的细胞表面蛋白）。在癌细胞中，E-和N-钙粘着蛋白在细胞生长和迁移中起关键作用，使细胞能够离开肿瘤部位并转移。在Matrigel侵袭实验中发现，MIP-NPs可阻断细胞粘附，在Matrigel侵袭实验中能非常有效地阻止宫颈癌HeLa（宫颈癌）细胞的侵袭，为癌症治疗开辟了新的方向。Haupt和Tse Sum Bui领导的团队报道了MIP-NPs通过制备靶向钙黏着蛋白的MIP来限制肿瘤侵袭和对抗癌细胞的潜力。细胞粘附主要通过N末端链二聚化发生，其中来自一个钙黏着蛋白的Trp2插入位于相对细胞钙黏着蛋白中的疏水口袋中。因此，具有包含Trp2（即，Asp1-Trp2-Val3-Ile4-Pro5-Pro6-Ile7）的N端序列的这一结构域自然暴露于E-和N-钙粘着蛋白。明显的选择作为模板表位。
图丨 MIP-NPs可以阻断细胞表面蛋白质并破坏细胞间的相互作用产生的MIPs（大小为47 nm）可以识别此序列，并且更普遍地识别完整的E-和N-钙粘着蛋白，具有高亲和力（半最大抑制浓度约为5 nM）和选择性（与突变肽无交叉反应性）或P-钙粘着蛋白）。在细胞表面，MIP-NPs与表达的钙黏着蛋白在数量上共存。此外，在另一个重要观察结果中，MIP-NPs能够完全破坏密集的肿瘤球体。这表明，MIP-NPs能够与它们的靶标相互作用，并在化学复杂的椭球体环境中发挥功能，该椭球体还比单个细胞拥有更多的组织样组织。这项研究是MIP领域难得一见的代表性工作，报道的抗钙粘着蛋白MIP-NPs将MIP介导的识别从被动结合到目标，转变为主动干预细胞生物学过程并利用MIPs的治疗潜力。另外，基于MIPs可以容易地与荧光团偶联，或者被PEG化以延长其在血液中的循环寿命的认知。分子印刷技术可以代表一种简单且通用的策略，用于创建新的治疗平台，在该平台上可以合成针对任何目标表位的合成抗体，并且新结果显示出调节生物过程的潜力。从基础研究发展为临床上有用的疗法，将需要大量开发和评估递送方法和毒性等。一个即将来临的挑战是，将体外MIP-NP效应转化为在体内疾病模型中的功效。除此之外，基于MIP-NPs的新疗法将需要对生物相容性，降解途径和MIP-NPs的长期作用进行更深入的研究。1. Alessandra Maria Bossi. Plastic antibodies for cancertherapy? Nature Chemistry 2020.https://www.nature.com/articles/s41557-019-0415-62.Medina-Rangel et al. Chemical Antibody Mimics InhibitCadherin‐Mediated Cell–Cell Adhesion: A Promising Strategy for Cancer Therapy. Angew.Chem. Int. Ed. 2019.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201910373
