Ultrasmall particle-based solutions for inducing ferroptosis and improving anti-tumor immune responses in cancer

基于超小颗粒的解决方案,用于诱导铁死亡并改善癌症中的抗肿瘤免疫反应

基本信息

  • 批准号:
    10888788
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-01 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary: Enormous strides continue to be made in the design of nanoparticles as highly specialized therapeutics for achieving superior outcomes over standard pharmacological agents, the latter often associated with significant toxicity that limits treatment efficacy. While cancer immunotherapies have revolutionized the treatment of disease and shown therapeutic benefits in hard-to-treat cancers, these agents are limited, for example, by immune-related adverse events and off-target effects in immunosuppressive microenvironments. Novel, emerging anti-cancer strategies are therefore critically needed to overcome these limitations and improve durable response rates in combination with immune therapies. One promising strategy exploits the unique “self- therapeutic” capabilities of the nanomaterials themselves – the treatment of tumors without the need for cytotoxic drugs. These capabilities are governed by the intrinsic physico-chemical properties of these materials, which can lead to disruption of signal transduction pathways, cell cross-talk or invasion, and/or induced cell death programs within the tumor microenvironment (TME) – providing unprecedented opportunities for combating disease. We have developed specialized ultrasmall fluorescent core-shell silica nanoparticles, Cornell prime dots (C' dots), with intrinsic therapeutic capabilities enabling a distinct combination of activities that (1) selectively and directly induce cancer cell death through the iron-dependent mechanism of ferroptosis and (2) modulate immune cells directly by priming T cells and polarizing macrophages toward a pro-inflammatory phenotype. As CD8+ T cells are known to also regulate ferroptosis during immunotherapy, such effects are expected to synergize with those induced by C' dots. A long-term goal of this proposal is to determine critical C' dot physico-chemical parameters responsible for maximizing responses to these intrinsic therapeutic activities. In Aim I, we will examine the extent to which changes in the structural properties of PEG-coated C' dots, plain or modified to specifically bind to melanocortin-1 receptor (MC1-R; a well-established target overexpressed by our syngeneic murine models and human melanomas), influence therapeutic efficacy in syngeneic melanoma models by modulating ferroptosis and the tumor microenvironment, in the presence and absence of checkpoint blockade. In Aim II, we will probe underlying mechanisms driving regulation of immune cell phenotype and/or induction of ferroptosis in vitro. The successful completion of the project will provide critical insights into (i) key structural parameters modulating the combined self-therapeutic activities of these particles related to their induction of ferroptosis and priming the tumor immune microenvironment; (ii) whether critical differences exist in particle characteristics needed to optimize these distinct activities; (iii) mechanisms underpinning these activities; and (iv) therapeutic strategies that maximize potent anti-tumor effects in syngeneic melanoma models by administering therapeutic doses of particles in tandem with checkpoint inhibitors (anti-PD-1 and anti-CTLA-4).
项目摘要:作为高度专业化 实现优于标准药剂的卓越结果的治疗剂,后者通常与 具有限制治疗效率的明显毒性。而癌症免疫疗法彻底改变了 疾病的治疗并显示出难以治疗的癌症的治疗益处,这些药物是有限的,因为 例如,通过免疫相关的不良事件和免疫抑制微环境中的脱靶效应。 因此,需要新颖的,新兴的反癌战略来克服这些局限性并改善 耐用的应答率与免疫疗法结合使用。一种承诺策略利用了独特的“自我 纳米材料本身的治疗能力 - 肿瘤的治疗无需细胞毒性 毒品。这些功能受这些材料的内在物理化学特性的控制,可以 导致信号转导途径,细胞串扰或入侵和/或诱导的细胞死亡程序的破坏 在肿瘤微环境(TME)中 - 为抗击疾病提供了前所未有的机会。我们 已经开发了专门的超湿荧光芯壳二氧化硅纳米颗粒,康奈尔素点(C'DOTS), 具有固有的治疗能力,实现了(1)直接和直接的活动的独特组合 通过铁铁作用的铁依赖机制诱导癌细胞死亡,(2)调节免疫细胞 直接通过启动T细胞并将巨噬细胞偏振朝向促炎的表型。作为CD8+ T细胞 已知还可以调节免疫疗法期间的铁铁作用,这种影响有望与 由c'点诱导。该建议的长期目标是确定关键的C'DOT物理化学参数 负责最大化对这些内在治疗活动的反应。在目标一世中,我们将检查范围 peg涂层的C'点的结构特性变化,纯正或修改以特异性结合 黑素皮质素-1受体(MC1-R;由我们的合成鼠模型过表达的良好靶标和 人类黑色素瘤),通过调节铁铁蛋白作用,影响疗法的有效性 在存在和不存在检查点阻塞的情况下,肿瘤微环境。在AIM II中,我们将证明 驱动免疫球表型调节的基本机制和/或体外诱导铁凋亡的诱导。这 项目的成功完成将为(i)调制关键结构参数提供关键见解 这些颗粒与它们诱导的螺旋病和启动有关的自我治疗活性的结合 肿瘤免疫微环境; (ii)在需要的粒子特征中是否存在关键差异 优化这些不同的活动; (iii)基于这些活动的机制; (iv)治疗策略 通过给予治疗剂量 与检查点抑制剂(抗PD-1和抗CTLA-4)相连的颗粒。

项目成果

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