利用NIR-II 成像進行精確接種增強 mRNA 疫苗的功效

本文要點：本文將陽離子熒光兩親性分子（IR780-C16）整合到傳統(tǒng)脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）中，制備了近紅外二區(qū)（NIR-II）脂質(zhì)納米顆粒（NIR-II-LNPs），用于mRNA遞送，實現(xiàn)了mRNA疫苗的縱向、定量和非侵入性追蹤。通過NIR-II熒光成像，監(jiān)測了小鼠和兔子在不同疫苗接種方案下mRNA疫苗的體內(nèi)行為。結(jié)果表明，在小鼠大腿肌內(nèi)注射25 µL（深度4 mm）或兔子肌內(nèi)注射500 µL（深度7 mm）后，疫苗迅速且大量富集于腹股溝淋巴結(jié)。流式細胞術(shù)和組織免疫熒光分析進一步驗證，優(yōu)化的疫苗接種參數(shù)可有效激活抗腫瘤免疫，并在B16-OVA和HPV相關(guān)小鼠腫瘤模型中顯著增強治療效果。NIR-II-LNPs提供了一種獨特的非侵入性監(jiān)測疫苗效果的方法，鞏固了其在臨床前和臨床mRNA治療中的作用。

活體成像

本文通過將IR780-C16整合到脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）中，開發(fā)了新型近紅外二區(qū)熒光LNPs（NIR-II-LNPs），用于實時監(jiān)測疫苗分布并驗證疫苗接種方案與免疫應(yīng)答的關(guān)聯(lián)性（方案1）。在小鼠和兔子模型中采用不同注射深度和體積接種后，NIR-II-LNPs實現(xiàn)了對mRNA疫苗遷移和攝取的非侵入性、動態(tài)定量追蹤。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用最佳深度進行肌內(nèi)注射時，mRNA疫苗能快速遷移至腹股溝淋巴結(jié)（iLNs），而不當(dāng)?shù)淖⑸浞桨竸t會導(dǎo)致信號長期滯留于注射部位。進一步構(gòu)建了mRNA癌癥疫苗（NIR-II-LNPs@mRNAOVA、NIR-II-LNPs@mRNAE7），在B16-OVA和HPV相關(guān)荷瘤小鼠模型中分析其動態(tài)分布對免疫應(yīng)答及抗腫瘤效果的影響。實驗證實，采用優(yōu)化接種參數(shù)的NIR-II-LNPs@mRNA疫苗能顯著促進樹突細胞（DCs）成熟、提升抗原特異性T淋巴細胞水平，并顯著增強抗腫瘤效果。該研究充分展現(xiàn)了NIR-II-LNPs作為新一代載體在優(yōu)化mRNA疫苗接種方案和提升疫苗效能方面的潛力。

肌內(nèi)注射作為一種廣泛采用的疫苗接種方式，其注射深度對免疫應(yīng)答的激活具有決定性作用。本文采用NIR-II-LNPs作為遞送載體，實現(xiàn)了mRNA疫苗在體內(nèi)遷移和生物分布的可視化追蹤。通過在C57BL/6小鼠右大腿分別以2 mm（I組）、4 mm（II組）、6 mm（III組）深度注射25 μL NIR-II-LNPs@mRNA（圖2A），動態(tài)監(jiān)測顯示：I組疫苗在注射4小時后腹股溝淋巴結(jié)（iLNs）信號達到峰值，而II組和III組在24小時內(nèi)持續(xù)富集，其中II組熒光強度顯著優(yōu)于其他組（圖2B,C）。24小時后組織分布分析證實，II組iLNs中疫苗蓄積量分別是I組和III組的4.4倍和2.0倍（圖2D-F）。進一步探究注射體積影響時發(fā)現(xiàn)，在最佳深度下，50 μL注射量能促進疫苗向iLNs轉(zhuǎn)運，而100 μL組則導(dǎo)致更多疫苗在肝臟蓄積。實時熒光成像清晰捕捉到疫苗在最佳接種條件下經(jīng)淋巴管向iLNs和腋窩淋巴結(jié)（aLNs）遷移的動態(tài)過程（圖2G）。該研究通過NIR-II成像技術(shù)建立了疫苗接種參數(shù)與免疫效能的定量關(guān)系，為優(yōu)化mRNA疫苗遞送方案提供了可視化依據(jù)。

圖3. 兔子NIR-II成像研究

為排除可能阻礙臨床轉(zhuǎn)化的物種特異性差異，研究人員在雌兔模型中評估了NIR-II-LNPs@mRNA的生物分布特性。實驗采用三種不同注射深度（圖3A,B）肌注500 µL疫苗，結(jié)果顯示：7 mm注射組在給藥4小時內(nèi)即可在腹股溝淋巴結(jié)（iLNs）快速蓄積，而4 mm和10 mm組iLNs區(qū)域幾乎檢測不到信號（圖3C-E）。這一結(jié)果明確證實，疫苗的有效遞送依賴于最佳深度的精準(zhǔn)注射，從而驗證了前述結(jié)論的準(zhǔn)確性和普適性。通過NIR-II體視顯微技術(shù)進一步觀察發(fā)現(xiàn)（圖3F,G），疫苗熒光信號主要富集于iLNs邊緣的被膜下竇（SCS）區(qū)域（圖3H），表明抗原通過輸入淋巴管運輸后被沿SCS分布的抗原呈遞細胞（APCs）捕獲。該研究實現(xiàn)了疫苗在淋巴結(jié)遷移滯留過程的實時示蹤，為優(yōu)化疫苗劑量和注射方案提供了強有力的研究工具。

圖4. 荷瘤小鼠疫苗接種的治療實驗

淋巴結(jié)是抗原呈遞細胞（APCs）與初始T細胞相互作用、引發(fā)T細胞依賴性免疫應(yīng)答的關(guān)鍵場所。理想的疫苗接種方案應(yīng)能促進APCs成熟、增強APCs-T細胞互作并激發(fā)強效免疫反應(yīng)，從而實現(xiàn)低抗原用量下的長效免疫（圖4A）。研究者在B16-OVA荷瘤小鼠模型中評估了不同接種方案對腫瘤引流淋巴結(jié)（dLNs）中APCs及外周血T細胞的影響（圖4B）。將5 μg編碼OVA（257-264）-熒光素酶的mRNA（mRNAOVA-Luc）封裝于NIR-II-LNPs（終體積25 μL），分別以2 mm、4 mm、6 mm深度肌注小鼠右腿后，4 mm深度組dLNs顯示出生物發(fā)光信號（圖4C），證實該深度能顯著提升mRNA體內(nèi)翻譯效率。流式細胞術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)，4 mm-50 μL組（V組）DCs表面H-2Kb/SIINFEKL復(fù)合物陽性率（29.9%）較對照組（4.96%）提升6倍（圖4D,E），免疫熒光分析同樣顯示該組DCs活化標(biāo)志物CD80/CD86（圖4G）。二次免疫7天后，4 mm-50 μL組外周血腫瘤特異性CD8+ T細胞比例達20.5%（對照組5.44%），同時OVA特異性IgG抗體滴度顯著升高（圖4H,I）。這些數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后的接種參數(shù)（4 mm深度+50 μL體積）能協(xié)同增強mRNA疫苗的抗原呈遞、T細胞激活及體液免疫應(yīng)答，且未引起明顯體重變化。

圖5. NIR-II-LNPs@mRNAE7癌癥疫苗治療研究

本文在TC-1皮下腫瘤模型中評估了NIR-II-LNPs@mRNAE7疫苗的抗腫瘤效果。該疫苗靶向E7癌蛋白，能有效對抗以HPV16型為主的高危HPV毒株——宮頸癌的主要致病因子。實驗方案如圖5A,B所示：第0天接種TC-1細胞，第10天進行初免，第17天加強免疫。通過監(jiān)測腫瘤生長曲線發(fā)現(xiàn)（圖5C,D），采用優(yōu)化接種參數(shù)（4 mm-50 µL）的疫苗組展現(xiàn)出持續(xù)抑瘤效果，腫瘤生長抑制率（TGI）高達70.9%（圖5E-G），并顯著延長了小鼠中位生存期（圖5H）。機制研究表明，疫苗組引流淋巴結(jié)中CD80+CD86+細胞比例顯著高于對照組（50.3% vs 11.0%），尤其是4 mm-50 µL組DCs活化水平最為突出（圖5I,J）。腫瘤組織免疫熒光分析顯示，疫苗組腫瘤浸潤CD8+和CD4+ T細胞數(shù)量明顯增加，并伴隨穿孔素（PFN）和顆粒酶B（GzmB）等殺傷分子的大量分泌（圖5K）。血液生化及主要器官H&E染色證實疫苗未引起明顯毒性反應(yīng)，表明該mRNA疫苗在實現(xiàn)抗腫瘤效果的同時具有良好的安全性。這些發(fā)現(xiàn)證實，疫苗的精準(zhǔn)遞送對激發(fā)最佳T細胞免疫至關(guān)重要。

參考文獻

Mengfei Li, Xue Zheng, Xinyang Yu, Shaolong Qi, Shoujun Zhu,* Guocan Yu, and Songling Zhang., Potentiating the Efficacy of mRNA Vaccines through NIR-II Imaging-Guided Precise Vaccination., Adv. Sci. 2025, e13014

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動物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS 

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上海恒光智影醫(yī)療科技有限公司，被評為“國家高新技術(shù)企業(yè)"、“上海市專精特新中小企業(yè)"，獲批主持“科技部重大儀器專項"子課題，榮獲上海市“科技創(chuàng)新行動計劃"科學(xué)儀器項目、上海市2025年度關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)計劃“計算生物學(xué)"項目。

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