纳米力学免疫工程化：纳米颗粒弹性通过Piezo1重编程肿瘤相关巨噬细胞

纳米颗粒的力学特性在调节纳米-生物相互作用、血液循环、肿瘤积累/渗透和癌细胞内化等过程中起着至关重要的作用。因此，它们对药物传递和治疗效果有重大影响。然而，目前尚不清楚巨噬细胞是否响应纳米颗粒的弹性来改变其生物功能。基于此，我们报道了弹性可调二氧化硅纳米颗粒（SNs）与巨噬细胞相互作用所产生的纳米力学生物学效应。本文合成了杨氏模量为81 ~ 837 MPa弹性可调SNs。结果表明，软SNs可以将M2 (Tumor-Associated Macrophages, TAMs)重极化为促炎型M1表型。此外，我们的研究结果表明，细胞内吞作用、膜张力、曲率蛋白Baiap2和细胞骨架都受到SNs弹性的影响。细胞膜上的机械敏感蛋白Piezo1被激活，导致钙离子内流，激活NF-κB通路，引发炎症反应。体内实验表明，最软的81 MPa SNs可增强肿瘤的渗透和积累，并在肿瘤缺氧区高效重极化TAMs，最终抑制肿瘤生长。

综上所述，本研究建立了响应纳米颗粒弹性的细胞反馈机制，该机制诱导质膜变形并随后激活机械敏感信号活化。这为重编程TAMs以增强癌症免疫治疗提供了一种独特的“纳米力学免疫工程化”策略。

同济大学博士生杨孜晨为本论文的第一作者，同济大学医学院李永勇研究员和李艳副研究员，同济大学附属上海市肺科医院徐金富教授为本论文的共同通讯作者。

文章信息：Zichen Yang, Yuge Zhao, Xiaoyou Zhang, Li Huang, Kun wang, Jiuyuan Sun, Nana Chen, Weimin Yin, Shiyu Chen, Hui Zhi, Liangyi Xue, Lulu An, Rongjie Li, Haiqing Dong, Jinfu Xu^*, Yan Li^*, Yongyong Li^*. Nano-mechanical Immunoengineering: Nanoparticle Elasticity Reprograms Tumor-Associated Macrophages via Piezo1. ACS Nano, 2024.

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c04614