纳米集束炸弹在放疗中的应用

 文章信息

Hypoxia-Targeting, Tumor Microenvironment Responsive Nanocluster Bomb forRadical-Enhanced Radiotherapy

Da Huo,Sen Liu,Chao Zhang,Jian He,Zhengyang Zhou, Hao Zhang,and Yong Hu

DOI:10.1021/acsnano.7b04737

发表杂志：Acs Nano（IF=13）

1.研究背景

放射疗法（RT）长期以来一直被认为是抗癌斗争中最可行，最常用的治疗方法之一。然而，RT在癌症治疗中的临床应用受到低氧诱导的肿瘤抵抗力和高剂量辐射对正常组织的意外伤害而严重受到阻碍。

2.方法

2.1 通过电子顺磁共振（EPR）分析，获得DEPMPO/自由基加合物的EPR谱。

2.2 通过CT成像，微型PET成像，生物发光成像，观察不同处理前后小鼠肿瘤的情况。

2.3 通过蛋白质阵列分析，qRT-PCR阵列分析（Wcgene Biotech, Shanghai, China），免疫荧光等一系列方法研究小鼠肿瘤细胞蛋白水平，RNA水平，及胞内蛋白分布位置的变化。

3.结果

3.1 WOACC 纳米粒子的表征

WOACC NPs具有草莓状的结构，纳米团簇的形成过程中晶体结构没有受到影响，具有团簇结构，具有良好的光学稳定性，具有极好的光/热转换能力等优点。

图1.（a）方案图，显示了MMP2响应的WOACC NP如何将主动缺氧靶向特性与CT成像，局部PTT和自由基增强放疗相结合。（b）低和高分辨率的WOACC NP的TEM图像。（c）所获得的WOACC NP，从WOACC NP释放的WOAC NP和原始的W18O49 NP的UV-vis-NIR谱图。（d）接受多激光照射的WOACC NP悬浮液和WOAC NP的温度变化曲线。（e）DLS分析显示，与组织蛋白酶B，Caspase-3和MMP-2酶孵育2 h的WOACC NP的大小变化。

3.2 WOACC 纳米粒子是具有延长的血液保留时间和深层肿瘤穿透力的纳米平台

图2.（a1）FITC标记的WO NP，（a2）FITC标记的WOCC NP，（a3）FITC标记的WOAC NP，（a4）FITC标记的WOACC NP处理的SH-SY5Y 3D多细胞球体的CLSM图像（a5）已用MMP-2抑制剂预处理的FITC标记的WOACC NP。在（b）血液和（c）肿瘤组织中WOACC NPs和WOAC NPs的体外分布特征。

3.3 体外放射增敏。

研究表明WOACC辅助的PTT通过逆转Akt-mTOR依赖的缺氧驱动的细胞凋亡抵抗来增强低氧癌细胞的易感性态度。

图3.（a）Annexin V-FITC / PI染色的缺氧和缺氧细胞的流式细胞仪数据接受了不同的处理。（b）EPR光谱显示了WOACC NP在激光照射下产生的自由基的存在。（c）流式细胞术显示接受不同处理的4T1细胞中活性氧的表达。（d）蛋白质印迹结果显示了接受不同处理的细胞中mTOR，Akt和AMPK蛋白的磷酸化表达。（e）qRT-PCR结果显示在存在或不存在mTOR激动剂的情况下，接受WOACC PTT的细胞中几种mRNA的表达。

3.4 体内成像

CCL-28趋化因子的低氧靶向性和WOACC纳米粒对MMP-2的反应性。

图4.(a)静脉后肿瘤病变的CT增强图像。注射(B1)WOACCNPs，(B2)WOCCNPs，(B3)WOACNPs，(B4)WONPs。橙色的箭头突出了样品从肿瘤边界（红星)扩散到肿瘤深部(黄星）。(b)显示存在WOACNPs的深部肿瘤组织的生物TEM图像。右面板：WOAC NPs( 从WOACCNPs释放的红色箭头在随机描绘的切片的高分辨率TEM图像中观察到(框在b中)。 (c)沿不同深度感兴趣区域的HU值扩散途径(红星到黄星在(A)中)。

图5.（a）显示荧光标记的NP的肿瘤内分布的免疫荧光图像（b）静脉注射后低氧区域（HIF-1阳性）中不同NP的积累情况。（c）NP与HIF-1阳性癌细胞的共定位。（d）接受（Ⅰ）协同治疗（WOACCNP加PTT和RT），（Ⅱ）具有WOACC NP的PTT，（Ⅲ）单独放射和（Ⅳ）WOACC NPs敏化放疗的小鼠的肿瘤组织切片的免疫荧光染色。

3.5 PET成像

WOACC NP辅助的协同治疗降低了Hypo的RT抗性XIC细胞具有长效保护作用，抑制缺氧复发。

图6.(a)接受不同治疗的小鼠的PET图像。(b)获得实体肿瘤区域SUV和(c)归一化值（至重量）fr在1小时后拍摄的OMPET图像。

3.6体内治疗

研究表明，WOACC NP辅助的协同治疗能有效抑制远处转移，有利于长期生存。

图7.（a）接受不同治疗的小鼠原位乳腺肿瘤的体积。（b）接受不同治疗的荷瘤小鼠的存活情况。

图8.免疫荧光图像显示Ecadherin和N-cadherin在接受不同的治疗小鼠肿瘤组织中的表达。

图9.(a)肺和肝脏自发转移的典型病理特征。 (b)接受不同治疗的小鼠的肝和肺转移情况。

3.7 胰腺癌模型

使用协同疗法作为一种有价值的PC治疗方法的可行性

图10.(a)生理盐水（对照）、吉西他滨、RT和WOACC NPs(WOACC)协同治疗后原位胰腺荷瘤裸鼠的BLI图像。 (b) 接受不同的治疗小鼠肿瘤病变的结果。(c) 接受不同治疗小鼠肿瘤组织炎症反应的聚类分析

3.8长期细胞毒性

研究表明，WOACC具有生物相容性，可用于实际的体内应用。

图11.(a)研究WOACC NPs在静脉后第7、15和30天对大脑、肺、心脏、胃、胰腺和结肠的长期毒性。用H&E染色注射WOACCNPs。 (b)Th 显示血液循环中的免疫细胞水平和血清中的生物标志物水平。

结论

总之，我们合成了一种纳米簇炸弹样NP，其结合了主动低氧靶向能力和被动肿瘤聚集能力。EPR检查。根据离体实验观察，这些纳米粒子在激光照射下刺激了自由基的产生。通过抑制mTOR的磷酸化，增强了辐射的杀伤效应。增强CT精确分析肿瘤内部的乏氧情况，有利于影像引导下的PTT。此外，使用WOACC NP辅助的Combin对原位患有乳腺癌或胰腺癌的动物进行治疗结果评估。ED治疗，在未来的临床试验中支持我们的激进辅助策略的可行性。