癌症致命的原因之一在于它能够规避身体免疫系统发起的攻击，这使得肿瘤能够生长并扩散。科学家们可以试图诱导免疫系统，也被称为免疫疗法，进入攻击模式从而对抗癌症并建立针对癌症细胞的长期持续的免疫抵抗。现在哈佛大学威斯生物启发工程研究所和哈佛工程和应用科学学院（SEAS）的研究人员显示一种非手术注射的可编程生物材料能够在活体体内自由装配，从而抵抗甚至帮助预防癌症以及传染性疾病，例如艾滋病。这项发现被发表在期刊《自然生物技术》上。
科学家研发可注射3D疫苗
“我们能够利用攻击性最低的方式创造3D结构，从而丰富和激活宿主体内的免疫细胞，并在活体内定位并攻击有害细胞。”研究高级作者、威斯生物启发工程研究所的研究人员戴维•穆尼（David Mooney）博士和哈佛大学SEAS生物工程学教授罗伯特·平卡斯（Robert P. Pinkas）这样说道。
利用二氧化硅形成的可生物降解的小型棒状结构，也被称为介孔二氧化硅棒(mesoporous silica rods, 简称MSRs)，可以被加入生物和化学药物的组成部分，并通过针孔传递至皮下组织。这些小型棒会在接种疫苗处自发装配形成三维支架，就像将一盒火柴倒在桌上形成火柴堆一样。堆积的MSRs的多孔空间足够大，能够填满树突细胞，后者是身体的“监视”细胞，可以监测身体状况并在监测到有害存在时引发免疫反应。
“众所周知，纳米大小的多孔硅粒子能够从内部操纵个体细胞，但这是首次应用微米大小的粒子在活体体内创造3D支架，以吸引和填充上千万个免疫细胞，”研究合作作者、前威斯生物启发工程研究所博士后研究员、韩国成均馆大学化学工程系助理教授金在允（Jaeyun Kim）博士这样说道。
在实验室内合成的MSRs内部有很多纳米孔。这些纳米孔可以被填充特定的细胞因子、寡核苷酸、大蛋白质抗原或者任何类型的有益药物，从而产生大量治疗各种感染的可能组合。
“尽管目前我们关注于研发癌症疫苗，在未来我们或可以通过利用MSRs释放不同类型的细胞因子，从而操纵使用何种类型的树突细胞或者其他类型的免疫细胞用于3D支架，”研究合作作者、哈佛大学SEAS生物工程学博士研究生李艾琳（Aileen Li）这样说道。“通过协调MSRs表面特性和孔的大小，从而控制不同蛋白质和药物的引入和释放，我们可以操纵免疫系统从而治疗不同疾病。”
一旦3D支架获得了来自身体的树突细胞，MSRs里包含的药物将释放，后者将被“监视细胞”所监测到，从而启动免疫反应。激活的树突细胞将离开支架前往淋巴结，在那里它将拉响警报指导身体免疫系统攻击特定细胞，例如癌细胞。在注射疫苗处，MSRs将生物降解并在数月内自然溶解。
到目前为止，研究人员只在老鼠身上测试了3D疫苗，但发现它极其有效。实验显示可注射的3D支架在宿主老鼠体内吸引了几百万个树突细胞，这些细胞消散至淋巴结并引发了强烈的免疫反应。
加工制造疫苗非常容易且快速，因此当出现感染病时，潜在的可以生产并推广大量疫苗。“我们预计3D疫苗将在很多地方被广泛使用，它们可被注射的本质使得在诊所内外注射都异常简单。” 穆尼说道。
由于疫苗的工作原理是引发免疫反应，这种方法甚至可以被用作预防性措施，在感染之前就形成身体的免疫抵抗。“利用可编程生物材料作为强大载体从而实施针对性治疗以及预防保健的可注射免疫疗法将帮助抵抗大范围的致命感染，包括常见的杀手艾滋病和埃博拉，以及癌症。” 威斯生物启发工程研究所的创始主任、哈佛大学医学院和波士顿儿童医院的犹大福克曼血管生物学教授、哈佛大学SEAS生物工程学教授唐纳德·因格贝尔（Donald Ingber）博士这样说道。“这些可注射的3D疫苗提供了攻击性最小、可伸缩的方法进行治疗，这些疗法模拟了面对疾病时身体自身做出的强大的免疫反应，而在此之前这类疾病都可以规避免疫检测的。”
