石墨烯远红外有望为癌症免疫治疗优化提供新思路

论文原文链接（请复制到浏览器打开）：https://doi.org/10.1002/adtp.202200163

　　近日，厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心周子健研究员，与厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院和嘉庚创新实验室吴炳辉副教授、厦门大学化学化工学院和嘉庚创新实验室郑南峰教授合作研究，发现了石墨烯远红外理疗研究的机理，有望为癌症免疫治疗优化提供新思路，为人类健康护航。

　　该研究结果发表在期刊Advanced Therapeutics上，题目为“Boosting the immunoactivity of T cells by resonant thermal radiation from electric graphene films for improved cancer immunotherapy”。

　　期刊Advanced Therapeutics (中文名为《先进医疗》)是为从事下一代/最先进疗法的研究者提供的多学科平台，涉及的主题包括靶向药物递送、细胞和基因疗法、个性化药物和治疗诊断学，以及药理学、毒理学和药物发现等。

　　该研究基于石墨烯电热膜的共振热辐射效应对免疫细胞中的T细胞免疫活性的影响，期待利用石墨烯物理性质对更多种类的免疫细胞进行活性调控，并为癌症免疫治疗优化提供新思路。

01

石墨烯远红外的物理特性

适合应用于治疗理疗场景

　　近年来，石墨烯材料已成为纳米材料工业中发展最快的无机纳米材料之一。

　　石墨烯是一种具有单原子厚度的碳基材料，其碳原子与其他相邻的碳原子共价连接，形成一个封闭的六边形二维网络结构。因其表面共轭电子和原子厚度，石墨烯表现出优越的光电特性，灵活的机械性能以及良好的生物相容性。

　　由于这种独特的物理特性，石墨烯能够将电能转化为热能，在电加热中具有几乎100%的电能转换效率，且产生的辐射热主要为4-14 µm的远红外，有望与活体宿主(体温所对应的波长为8-14 µm)产生共振效应。

　　基于这些物理特性，石墨烯能有效应用在多种治疗理疗场景中。

02

晞和石墨烯电加热膜助力此次科研

　　数据证明，大多数“冷”免疫环境下的肿瘤，其温度比其健康组织环境低1-2℃；而各种炎症性疾病模型中，低温可以通过调节单核细胞的免疫和代谢表型来抑制T细胞启动。

　　本研究正是利用石墨烯薄膜通电后的共振热辐射效应调节肿瘤内T细胞的免疫活性，使免疫“冷”肿瘤转变为“热”肿瘤，以进一步实现有效的癌症免疫治疗。

　　该石墨烯薄膜及其原料(石墨烯导电油墨)均来自厦门晞和科技有限公司，石墨烯薄膜/电热膜如图1所示。

　　图1 石墨烯远红外器件的演示图：A 包括直流电源的石墨烯器件工作图示（工作电压小于36V）；B 石墨烯电加热膜图示；C 石墨烯电加热膜柔性展示图片

　　石墨烯薄膜通电所释放的远红外与临床中常用的免疫检查点抑制剂 aPD-L1联合使用，在增强免疫疗效的同时减少了系统安全性问题，对于癌症免疫治疗的转化研究具有很大的潜力。

03

石墨烯远红外的类“免疫佐剂”效应优于传统金属电加热膜

　　在本次研究中还把石墨烯电热膜与传统金属电热膜做对照，研究两种材料在体内外对T细胞免疫活性的调节作用。

　　结果发现基于石墨烯薄膜的共振热辐射显著增强了T细胞的增殖、淋巴归巢效应及肿瘤杀伤效应的干扰素IFN-γ分泌(图2)，并抑制肿瘤细胞的增殖和迁移(图3)。在抗肿瘤T细胞激活和治疗过程中石墨烯电热膜表现出更为显著的辅助作用，免疫检查点抑制剂aPD-L1的联合使用进一步提高了上述治疗效果(图4)。

　　图2 A 流式细胞仪分析CFSE染色的T细胞经不同刺激后的细胞增殖效率；B T细胞增殖率的定量分析；C 不同处理组的T细胞数量随时间变化的定量分析结果；D 不同处理组的T细胞的IFN-γ分泌情况及定量热图；E不同处理组T细胞的淋巴归巢效应及定量分析结果。两组比较后进行未配对的t检验(双尾)，样本量n = 3，“ns”表示无统计学差异，*P < 0.05、**P< 0.01和 ***P< 0.001

　　图3 不同处理方法对难治性结肠癌肿瘤细胞系CT-26细胞迁移的划痕实验分析。A和B在0和24小时获得亮场图像（比例尺为250 μm），并通过Image J软件计算划痕区域粉红色区域面积。C根据划痕面积的变化计算迁移率。迁移率% = [划痕面积24小时-划痕面积0小时]/ 划痕面积0小时× 100% 。数据表示为平均值 ± s.d. (n = 3)。两组比较后进行未配对的t检验(双尾)。“ns”表示无统计学差异，*P < 0.05、**P< 0.01和 ***P< 0.001

　　图4 A 不同组CT-26荷瘤鼠个体肿瘤生长曲线（灰橙色圆圈图代表每组的治愈率），样本量n = 7/组；B 荷瘤小鼠的生存曲线；C 不同处理组小鼠体重随时间变化曲线

　　进一步的机制探索研究发现，石墨烯电热膜的共振热辐射效应可通过增加T细胞中钙离子的内流、中和细胞内膜的负电荷，进而触发T细胞活化相关信号转导通路中p-CD3ζ的磷酸化事件，降低T细胞的激活阈值(图5)。

　　图5 对T细胞受体信号传导扩增途径的共振热辐射效应的示意图: (I)增强 Ca2+内流，(II)中和负电荷，(III)促进 p-CD3ζ 事件。

04

总结：石墨烯远红外可为人类健康做出贡献

　　此次研究利用共振热辐射的物理效应实现了对肿瘤中T细胞原位活性的调节，证明了物理调控策略在提高肿瘤免疫治疗敏感性方面的可行性，为后续基于物理方式调控免疫细胞活性的相关研究带来新思路。

　　同时，石墨烯薄膜的辅助使用效率高，系统安全性问题小，为未来肿瘤免疫治疗的转化研究提供了广阔的前景。

　　来源：晞和科技