可注射水凝胶通过共递送化疗药物和免疫调节剂的来促进全身抗肿瘤免疫应答而受到广泛关注。然而，传统水凝胶常因凝胶的可注射性能和生物功能整合不足，生物安全性和生物活性受损。
该研究通过编程超软DNA水凝胶佐剂，设计了一种新型可注射刺激响应免疫调节库。这种用三磷酸腺苷适配体编码的水凝胶系统可以通过瘤内注射，随后发生分子构象变化以刺激被包封药物释放。
首先，释放阿霉素诱导免疫原性细胞死亡，细胞死亡过程与凝胶体系中的聚合胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤寡脱氧核苷酸（CpG ODN）密切作用，有效募集和激活树突状细胞。聚合的CpG ODN不仅可以增强肿瘤免疫原性，还可以大限度地减少游离CpG诱导的脾肿大。随后释放的抗程序性细胞死亡蛋白配体1（aPDL1）阻断肿瘤细胞上相应的免疫抑制检查点分子，增强抗肿瘤T细胞免疫敏感性。因此，该研究概念验证了可编程超软DNA水凝胶系统，其能够实现基于化疗毒性、原位疫苗接种和免疫检查点阻断的协同治疗。
随着肿瘤生物学和免疫学的发展，免疫治疗引起了极大的关注，成为肿瘤治疗的新途径。基于细胞毒性T淋巴细胞的抗肿瘤活性，免疫疗法对肿瘤细胞表现出高度的特异性和免疫记忆性。免疫检查点抑制剂阻断程序性细胞死亡1（PD-1）和程序性死亡配体1 （PD-L1）之间的相互作用可以改善细胞毒性T淋巴细胞的持久反应和治疗结果。然而，基于免疫检查点抑制剂的免疫疗法的功效高度依赖于适应性免疫反应。另一方面，化疗药物（如多柔比星[DOX]、吉西他滨、奥沙利铂和环磷酰胺）能够通过诱导免疫原性细胞死亡（ICD）、激活抗原呈递细胞和改善T细胞浸润来触发免疫激活。不幸的是，研究发现化疗药物通过激活免疫抑制相关基因（如PD-L1）的过度表达来诱导肿瘤免疫抑制。因此，免疫检查点阻断和增强免疫激活的联合治疗是免疫治疗法的再次革新。
相关学者已对可注射水凝胶与肿瘤治疗药物的结合进行了广泛研究，此类材料可通过合理配比及微创同时将多种药物递送到靶位点，并提高其肿瘤蓄积性、血液稳定性和半衰期。已有研究表明，可以将水凝胶前体的混合物注射到肿瘤部位，并在瘤内形成水凝胶载体用于化疗药物和蛋白质治疗药物的顺序释放，从而引发免疫原性肿瘤表型并促进免疫介导的肿瘤消退。重要的是，与非包封药物的局部或全身给药相比，水凝胶包封药物的局部治疗具有更好的肿瘤生长抑制作用。
通过进一步加载Toll样受体（TLR）激动剂（如咪喹莫特、胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤寡脱氧核苷酸[CpG ODN]），可注射水凝胶能够增强树突细胞（DC）的激活、肿瘤微环境（TME）炎症和肿瘤特异性细胞毒性T淋巴细胞反应。然而，目前关于可注射水凝胶化学免疫治疗的研究主要基于可溶性前体的瘤内凝胶化，但复杂的生理环境可能会阻碍溶胶-凝胶转化，导致交联度降低、药物突然泄漏和不可预测的药代动力学。此外，传统聚合物缺乏分子、结构和功能可编程性，导致在水凝胶生物功能的设计（如免疫调节、TME响应性）极其与肿瘤组织密切相互作用方面存在一定难题。
DNA是一种天然生物聚合物，具有出色的生物相容性、可编程的多样化序列、可预测的二级结构，精确的自组装过程和丰富的生物刺激反应等诸多优点。在有利的环境下，DNA聚合物可以通过直链和支链DNA构件的连接/杂交、寡核苷酸的酶促延伸，尤其是滚环扩增（RCA），自组装成结构明确的水凝胶体系。通过寡核苷酸的酶促延伸生产的DNA水凝胶代表了一类超软超材料（弹性模量<15 Pa），当从水中取出时表现出类似液体的特性，当浸入水中时显示出固体性质。
DNA水凝胶独特的化学特性和多孔结构为蛋白质和化疗药提供了许多相互作用位点，装载效率高且有效载荷的稳定性强。基于DNA构件上编码的分子、结构和功能信息，DNA水凝胶可以由三磷酸腺苷（ATP）、谷胱甘肽、酶等多种生物分子触发，对于在目标病理组织中控制药物释放尤为重要。此外，通过在DNA支架上编码CpG ODN，形成的DNA水凝胶佐剂可以模拟淋巴结的功能，其中抗原呈递细胞被局部高浓度的CpG ODN募集和激活。尽管取得了上述进展，但就作者所知，具有凝胶后注射可行性的TME响应性DNA水凝胶佐剂的设计及其在化疗药物和免疫调节剂共递送中的应用尚未进行深入研究。
该研究报道了一种DNA水凝胶佐剂，其中CpG ODN和ATP适配体的重复序列通过RCA介导的DNA聚合编码在超长的DNA构建块上。通过将DNA水凝胶与免疫检查点抑制剂aPDL1和化疗剂DOX顺序结合，形成化学免疫治疗DNA水凝胶系统（aPDL1/DOX@DNA凝胶）。由于其超软的超特性，DNA水凝胶系统极易注射到肿瘤组织中，其过表达的ATP与相应的适体结合，促使适配体发生构象变化，且凝胶基质体积膨胀，从而释放DOX以诱导肿瘤细胞的ICD。凝胶载体上的CpG ODN提高了肿瘤相关抗原的免疫原性，促进DC的募集成熟和T细胞的肿瘤浸润。随后从扩增的凝胶基质中释放的aPDL1抗体阻断肿瘤细胞表面的免疫抑制性PD-L1分子，从而使肿瘤对抗肿瘤T细胞免疫敏感。该研究提供了一种同时增强肿瘤免疫原性和逆转免疫抑制，继而有效减弱肿瘤生长、复发和转移的前沿策略。
