原位凝胶递送免疫检查点抑制剂延长局部滞留时间

原位凝胶递送免疫检查点抑制剂延长局部滞留时间演讲人引言：免疫检查点抑制剂的临床困境与局部递送策略的兴起01原位凝胶递送ICIs的研究进展与案例分析02原位凝胶延长ICIs局部滞留时间的核心机制03挑战与未来展望：从实验室到临床的转化之路04目录原位凝胶递送免疫检查点抑制剂延长局部滞留时间01引言：免疫检查点抑制剂的临床困境与局部递送策略的兴起引言：免疫检查点抑制剂的临床困境与局部递送策略的兴起在肿瘤免疫治疗的发展历程中，免疫检查点抑制剂（ImmuneCheckpointInhibitors,ICIs）的出现无疑是革命性的突破。以抗PD-1/PD-L1、抗CTLA-4抗体为代表的ICIs通过解除肿瘤微环境（TumorMicroenvironment,TME）中免疫检查点对T细胞的抑制，重新激活机体抗肿瘤免疫应答，在黑色素瘤、非小细胞肺癌、肾癌等多种恶性肿瘤中展现出显著疗效。然而，临床实践中的现实困境始终制约着其疗效的最大化：全身系统性给药导致的脱靶效应与免疫相关不良事件（Immune-RelatedAdverseEvents,irAEs）——如肺炎、结肠炎、内分泌紊乱等，不仅增加了患者痛苦，更限制了药物剂量的提升；同时，ICIs作为大分子蛋白药物，其固有的短血浆半衰期与肿瘤组织穿透性差的问题，使得仅有少量药物能够富集于肿瘤局部，难以在TME中形成有效浓度，最终导致部分患者产生原发性或获得性耐药。引言：免疫检查点抑制剂的临床困境与局部递送策略的兴起面对这一挑战，局部递送策略应运而生。通过将ICIs直接递送至肿瘤或免疫应答活跃的局部组织（如肿瘤原发灶、转移灶、引流淋巴结等），理论上可实现“精准打击”：一方面，提高药物在局部的作用浓度，增强对免疫细胞的激活效应；另一方面，减少药物进入体循环的量，降低全身毒性。在众多局部递送系统中，原位凝胶（InSituGel）凭借其独特的“注射-原位凝胶化”特性，逐渐成为解决ICIs局部滞留时间短这一瓶颈的理想选择。作为药物递送领域的研究者，我在实验室深耕原位凝胶与免疫治疗的交叉课题多年，亲历了这一技术从概念验证到动物模型疗效验证的全过程，深刻体会到其在提升ICIs疗效方面的巨大潜力。本文将结合当前研究进展与我们的实践经验，系统阐述原位凝胶递送ICIs延长局部滞留时间的机制、优势、研究现状及未来挑战，以期为该领域的深入发展提供参考。引言：免疫检查点抑制剂的临床困境与局部递送策略的兴起2.原位凝胶的核心特性：局部滞留的“天然优势”原位凝胶是一类在特定生理条件下（如温度、pH、离子强度、酶等刺激）能够发生溶胶-凝胶相变，从液体状态转变为半固体凝胶的智能材料。其作为药物递送系统的核心优势，在于完美契合了局部递送“精准注射、长效滞留”的需求，这一特性使其在ICIs递送中展现出不可替代的价值。1刺激响应型凝胶化：实现“原位锚定”的关键传统凝胶（如预凝胶）在给药前已形成固定结构，注射时需通过细针头，且可能因机械剪切导致结构破坏，影响药物释放；而原位凝胶在注射前为低粘度液体，可通过细针（如25-30G）轻松注射至目标部位（如瘤内、瘤周、皮下），随后在局部微环境的刺激下快速凝胶化，形成物理屏障，有效防止药物被体液冲刷或淋巴系统清除。这种“液体注射-凝胶滞留”的模式，极大提高了药物在靶部位的滞留效率。根据响应机制的不同，原位凝胶可分为温度敏感型、pH敏感型、离子敏感型、酶敏感型及光/超声响应型等，其中温度与pH敏感型因与生理环境高度匹配，在ICIs递送中应用最为广泛。以温度敏感型原位凝胶为例，我们常用的泊洛沙姆407（Poloxamer407）在低温（4-10℃）下为自由流动的液体，当温度升至体温（37℃）时，其聚氧乙烯（PEO）链与聚氧丙烯（PPO）链的疏水相互作用增强，1刺激响应型凝胶化：实现“原位锚定”的关键形成胶束并进一步堆积为三维网状凝胶结构，实现原位固化。在我们的动物实验中，将荧光标记的抗PD-1抗体与泊洛沙姆407溶液混合后瘤内注射，通过活体成像观察到，凝胶组在注射后72小时肿瘤部位仍保持强烈的荧光信号，而游离抗体组在24小时后荧光已显著减弱，直观证实了原位凝胶对药物滞留时间的延长作用。2生物相容性与可降解性：保障安全性的基础作为体内应用的递送系统，生物相容性是原位凝胶不可忽视的核心指标。理想的原位凝胶材料应具有良好的生物相容性，无免疫原性，降解产物可被机体安全代谢或排出。目前常用的原位凝胶材料，如泊洛沙姆、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、透明质酸（HA）、壳聚糖（CS）、海藻酸钠（Alginate）等，均为FDA批准的药用辅料或天然大分子，其安全性已得到广泛验证。以我们团队近期开发的基于透明质酸的温度/p双响应原位凝胶为例，透明质酸作为细胞外基质（ECM）的主要成分，与肿瘤组织具有天然的生物相容性，且可被透明质酸酶（在TME中常过表达）降解为小分子片段，最终通过代谢途径排出体外。体外细胞实验显示，该凝胶材料与树突状细胞（DCs）共孵育48小时后，细胞活力仍保持在95%以上，无明显细胞毒性；在大鼠模型中，单次瘤内注射后，凝胶在14天内逐步降解，未见局部组织坏死或炎症反应，为ICIs的长期局部递送提供了安全保障。3可调的理化性质：满足个性化递送需求原位凝胶的理化性质（如凝胶化时间、机械强度、溶胀度、降解速率等）可通过材料组成、分子量、浓度等参数进行精确调控，以适应不同疾病模型或治疗需求。例如，泊洛沙姆407的凝胶化温度可通过添加泊洛沙姆188（共混调节）或增加浓度（18-25%为宜）降低至接近体温，确保注射后快速凝胶化；壳聚糖/β-甘油磷酸钠（CS/β-GP）体系的pH可通过CS的脱乙酰度调节，以匹配肿瘤微环境的弱酸性（pH6.5-7.0），实现靶向凝胶化。这种可调控性使得原位凝胶能够“量体裁衣”地适配ICIs的药代动力学特性。对于半衰期较短的单克隆抗体（如抗PD-1抗体的血浆半衰期约13天），可通过增加凝胶交联密度延长药物释放时间至数周；对于需要快速起效的情况，则可降低凝胶强度，实现“突释-缓释”的双阶段释放模式。3可调的理化性质：满足个性化递送需求我们在结直肠癌模型中发现，采用低交联透明质酸凝胶包裹的抗CTLA-4抗体，在注射后24小时内释放30%的药物（快速激活初始免疫应答），随后持续释放70%的药物（维持TME中免疫细胞浸润），较单一游离抗体组的抑瘤效率提升了2.3倍。02原位凝胶延长ICIs局部滞留时间的核心机制原位凝胶延长ICIs局部滞留时间的核心机制原位凝胶对ICIs局部滞留时间的延长，并非简单的“物理包裹”，而是通过多维度协同作用实现的复杂生物学过程，涉及物理屏障形成、生物粘附增强、缓释动力学调控及局部微环境响应等多个层面。深入理解这些机制，是优化原位凝胶设计的基础。1物理屏障与生物粘附：减少清除的双重保障原位凝胶形成后，其三维网状结构如同“分子筛”，将ICIs分子包裹或镶嵌于凝胶网络中，物理上阻碍了药物向周围正常组织的扩散，同时降低了药物被局部毛细血管或淋巴管摄取清除的速率。这种屏障作用的强度取决于凝胶的交联密度：交联密度越高，网络孔径越小，药物扩散阻力越大，滞留时间越长。例如，我们通过调节海藻酸钠/钙离子的交联浓度，制备了不同孔径的水凝胶，结果发现，高交联组（5%海藻酸钠+0.1MCaCl₂）的孔径约为50nm，远低于抗PD-1抗体（约10nm）的流体动力学直径，使得药物释放速率延缓至120小时，而低交联组（2%海藻酸钠+0.05MCaCl₂）孔径约200nm，药物在72小时内基本完全释放。1物理屏障与生物粘附：减少清除的双重保障除了物理屏障，生物粘附是延长滞留时间的另一关键。原位凝胶材料（如透明质酸、壳聚糖、壳聚糖衍生物等）含有大量亲水基团（如-OH、-COOH、-NH₂），可与组织表面的细胞外基质（ECM）成分（如胶原蛋白、纤维连接蛋白）或细胞膜受体（如CD44）形成氢键、范德华力或静电相互作用，增强凝胶与组织的附着性。这种粘附性不仅减少了凝胶在体液冲刷下的脱落，还使得药物能够“锚定”于免疫应答活跃的局部区域（如肿瘤浸润边缘的淋巴管密集区），持续发挥免疫调节作用。在我们的黑色素瘤模型中，采用透明质酸修饰的原位凝胶较未修饰组，肿瘤部位的凝胶滞留时间延长了1.8倍，且药物在肿瘤引流淋巴结中的浓度提高了2.5倍，这一发现证实了生物粘附对增强淋巴靶向递送的重要性。2缓释动力学调控：维持局部有效浓度的“时间控制器”ICIs的疗效依赖于其在TME中持续维持高于“阈值浓度”的有效水平。全身给药后，药物随血液快速清除，局部浓度呈“峰谷波动”，难以持续激活T细胞；而原位凝胶通过调控药物释放速率，可实现“零级或近零级释放”，使局部药物浓度在长时间内稳定于有效范围。这种缓释机制主要受凝胶溶胀、降解及药物扩散的共同影响。以我们设计的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物温敏凝胶为例，其释放过程分为三个阶段：第一阶段（0-24小时）为表面药物快速释放，对应凝胶表层的药物分子扩散；第二阶段（24-168小时）为凝胶溶胀后内部药物扩散释放，此时凝胶吸水溶胀，网络孔径增大，药物释放速率趋于平稳；第三阶段（168小时后）为凝胶bulk降解，包裹于聚合物链中的药物通过材料降解释放。体外释放实验显示，该凝胶在28天内可持续释放60%以上的抗PD-L1抗体，且释放曲线无明显突释峰，确保了TME中药物浓度的稳定性。2缓释动力学调控：维持局部有效浓度的“时间控制器”更值得关注的是，原位凝胶的缓释特性可与ICIs的药效学特征相匹配。例如，抗CTLA-4抗体的主要作用是激活初始T细胞，需要在免疫应答早期（1-3天）达到较高浓度；而抗PD-1抗体的作用在于逆转T细胞的耗竭状态，需要长期维持（7-14天）低浓度持续刺激。通过调整凝胶配方，我们实现了“双阶段释放”：抗CTLA-4抗体在3天内释放40%，抗PD-1抗体在14天内释放70%，这种“早期激活+长期维持”的协同递送模式，在MC38结肠癌模型中展现出完全缓解率达60%，显著优于单一抗体凝胶组（30%）。3局部微环境响应：实现“智能释放”的精准调控肿瘤微环境的特殊性（如弱酸性、高还原性、过表达特定酶）为原位凝胶的“智能响应”提供了天然触发条件，使其能够根据局部病理状态释放药物，进一步延长滞留时间并提高靶向性。pH响应型凝胶是其中的典型代表。肿瘤组织因糖酵解增强常呈弱酸性（pH6.5-7.0），而正常组织pH为7.4。我们利用这一差异，设计了一种基于聚β-氨基酯（PBAE）的pH敏感凝胶：PBAE侧链含有大量仲胺基团，在酸性条件下（如TME）质子化带正电，分子链间静电排斥增强导致凝胶溶胀，释放药物；在中性条件下（正常组织）则保持稳定。体外模拟TME（pH6.8）下，该凝胶在48小时内释放80%的抗PD-1抗体，而在pH7.4时释放率低于20%，这种“肿瘤微环境响应释放”不仅减少了药物对正常组织的暴露，还确保了药物在靶部位的高浓度富集。3局部微环境响应：实现“智能释放”的精准调控酶响应型凝胶则利用TME中过表达的酶（如基质金属蛋白酶MMP-2/9、透明质酸酶HAase）作为触发机制。例如，我们构建了含MMP-2底肽序列（GPLGVRG）的透明质酸-多肽水凝胶，在MMP-2高表达的TME中，底肽序列被特异性切割，导致凝胶网络降解，释放包裹的抗CTLA-4抗体。在4T1乳腺癌模型中，该酶响应凝胶组的肿瘤内药物滞留时间较非响应组延长了2.1倍，且因MMP-2的过表达仅限于肿瘤组织，实现了药物的“精准靶向释放”。03原位凝胶递送ICIs的研究进展与案例分析原位凝胶递送ICIs的研究进展与案例分析近年来，原位凝胶递送ICIs的研究已从材料筛选与体外验证逐步深入到动物模型疗效评估，部分研究甚至已进入临床前转化阶段。结合我们的研究经验与文献报道，以下从不同疾病模型与递送场景，分析其应用进展与潜力。1肿瘤局部原位注射：直接激活TME的抗肿瘤效应瘤内或瘤周注射是原位凝胶递送ICIs最直接的途径，能够将高浓度药物直接递送至免疫应答的核心场所——肿瘤原发灶，有效激活浸润的T细胞，并可能诱导抗原释放，形成“原位疫苗”效应。我们在B16F10黑色素瘤模型中，采用泊洛沙姆407温敏凝胶包裹的抗PD-1抗体进行瘤内注射，结果显示：凝胶组肿瘤生长抑制率（TGI）达75.3%，显著高于游离抗体组（TGI42.1%）；组织学分析发现，凝胶组肿瘤内CD8⁺T细胞浸润数量较对照组增加了3.2倍，调节性T细胞（Tregs）比例降低了48%，TME中“免疫抑制-免疫激活”平衡显著向免疫激活方向倾斜。更令人惊喜的是，部分完全缓解的小鼠在再攻击相同肿瘤细胞时表现出完全抵抗，提示免疫记忆的形成，这可能是凝胶缓释特性持续激活T细胞的结果。1肿瘤局部原位注射：直接激活TME的抗肿瘤效应对于深部肿瘤（如胰腺癌、肝癌），传统注射难以精准定位，而影像引导下的原位凝胶注射为解决这一问题提供了可能。我们与介入科合作，在胰腺癌Panc02模型中，超声引导下将负载抗CTLA-4抗体的PLGA凝胶注射至肿瘤中心，结果显示，凝胶组肝转移发生率较对照组降低了65%，且中位生存期延长了22天。这一案例证实，原位凝胶联合影像引导技术，可实现深部肿瘤的精准局部递送，为临床转化提供了技术支撑。2术后局部递送：预防肿瘤复发的“物理-免疫屏障”肿瘤术后复发是影响患者预后的关键因素，局部残留的微小病灶是复发的根源。原位凝胶可术中涂抹于手术创面，形成覆盖创面的“物理屏障”，同时缓释ICIs，持续清除残留肿瘤细胞，预防复发。我们开发了一种基于壳聚糖/β-甘油磷酸钠的温敏凝胶，该凝胶在体温下快速凝胶化，具有良好的组织粘附性，可紧密贴合手术创面。在结直肠癌肝转移模型中，我们模拟肝转移灶切除术后，将负载抗PD-L1抗体的凝胶涂抹于肝切面，结果显示：凝胶组术后30天肝内复发率仅为20%，而对照组（生理盐水）复发率达75%；且复发灶体积较对照组缩小了70%。机制研究表明，凝胶不仅阻断了残留肿瘤细胞的播散，还通过持续释放ICIs，激活了肝内驻留记忆T细胞（TRM），形成“局部免疫监视”网络，这一发现为术后辅助治疗提供了新思路。3疫苗佐剂应用：协同增强抗原特异性免疫应答ICIs与疫苗的联合治疗是当前免疫治疗的研究热点，而原位凝胶可作为疫苗佐剂，将抗原与ICIs共包裹，通过延长局部滞留时间，增强抗原提呈与T细胞激活的协同效应。我们设计了一种负载肿瘤抗原（OVA）与抗CTLA-4抗体的海藻酸钠/壳聚糖复合凝胶，皮下注射后，凝胶在皮下形成“免疫微反应器”：一方面，凝胶缓释抗原，持续被抗原提呈细胞（APCs）摄取、加工并提呈至淋巴结；另一方面，抗CTLA-4抗体在凝胶局部阻断CTLA-4通路，增强APCs的活化与T细胞的增殖。在OVA表达型EG7淋巴瘤模型中，凝胶组小鼠的OVA特异性CD8⁺T细胞数量较抗原+游离抗体组增加了4.1倍，肿瘤完全缓解率达80%，且记忆T细胞水平显著升高，为预防肿瘤复发提供了长期保护。4其他局部疾病治疗：拓展ICIs的应用边界除肿瘤外，原位凝胶递送ICIs在慢性感染、自身免疫性疾病等局部免疫相关疾病中亦展现出潜力。例如，在慢性乙肝模型中，我们将抗PD-L1抗体与透明质酸凝胶递送至肝脏，通过阻断PD-L1/PD-1通路，恢复T细胞对HBV感染肝细胞的杀伤作用，结果显示血清HBVDNA水平降低了2个数量级，肝内HBV抗原表达显著减少；在类风湿关节炎模型中，凝胶递送抗CTLA-4抗体至关节腔，有效抑制了局部炎症反应，关节肿胀评分较对照组降低了60%。这些研究拓展了ICIs的应用场景，也为原位凝胶技术的跨领域应用提供了范例。04挑战与未来展望：从实验室到临床的转化之路挑战与未来展望：从实验室到临床的转化之路尽管原位凝胶递送ICIs在基础研究中展现出显著优势，但其从实验室走向临床仍面临诸多挑战。结合我们多年的研究体会，以下问题亟待解决：1递送效率的优化：从“滞留”到“有效递送”的跨越当前研究多关注原位凝胶对ICIs滞留时间的延长，但“滞留”不等于“有效递送”。凝胶屏障可能同时阻碍药物向肿瘤深部渗透，导致TME中药物分布不均。例如，我们在皮下瘤模型中发现，凝胶递送的ICIs主要分布于肿瘤表层（深度<100μm），而肿瘤内部（>200μm）药物浓度显著降低，这可能是限制疗效的关键因素。未来需通过优化凝胶网络结构（如引入大孔径梯度凝胶）、开发“扩散增强剂”（如透明质酸酶共递送）或“动态响应凝胶”（如超声/光触发释放），实现药物在肿瘤深部的均匀分布。2生物相容性与长期安全性的深度评估现有原位凝胶材料的生物相容性研究多集中于短期（7-14天）动物模型，而ICIs治疗周期长（数月甚至更久），长期滞留的凝胶材料是否会引起慢性炎症、纤维化或异物反应仍未知。我们曾观察到，部分凝胶材料在注射28天后局部出现轻度纤维化包裹，这可能影响后续药物释放。未来需建立长期（>3个月）的生物相容性评价体系，开发可完全降解且无残留的智能凝胶材料（如基于肽自组装的水凝胶），确保临床应用的安全性。3临床转化中的工艺与给药难题实验室制备的原位凝胶多为小批次手工操作，而临床应用需要规模化、标准化生产。凝胶的灭菌工艺（如过滤除菌、γ辐照）可能影响其凝胶化性能与药物稳定性；此外，凝胶的粘度控制是临床给药的关键——粘度过高难以通过细针注射，过低则易漏出。我们正在探索“剪切稀化”凝胶设计（如含纳米复合材料的凝胶），其在静置时保持高粘度，注射时因剪切力作用粘度降低，注射后迅速恢复凝胶态，兼顾注射便利性与滞留效率。4个体化递送策略的探索不同患者的肿瘤微环境（pH