上海交通大学王玉东教授/苏州大学陈倩教授《AFM》：功能生物材料助力高强度聚焦超声成像和治疗妇科肿瘤

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-12-09 07:50

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妇科恶性肿瘤是全球公共卫生领域的关键挑战。尽管宫颈癌预防措施已经相当成熟，它仍然是20-39岁女性死亡的第二大癌症原因。鉴于年轻患者对保留生育功能的需求日益增加，以及那些因多种并发症而无法进行手术的患者，新型联合治疗策略因其独特的作用机制而越来越受到重视。高强度聚焦超声（HIFU）作为一种非侵入性治疗方法，近年来在多种临床应用场景中得到重视。王玉东教授团队的前期工作已经证明，体外超声引导的HIFU技术在治疗子宫肌瘤方面具有显著的效果。然而，HIFU技术在治疗体积较大或位置较深的肿瘤时，仍面临超声到达肿瘤深部能量不足从而治疗效果不佳或者治疗时间延长的问题。为了解决这一问题，中国福利会国际和平妇幼保健院王玉东教授与苏州大学陈倩教授团队合作设计了一种含有碳酸氢铵（NH₄HCO₃）和紫杉醇（PTX）的pH响应性脂质体（PTN@Lip），用于增强HIFU在妇科恶性肿瘤治疗和成像中的应用，为妇科肿瘤的非侵入性治疗提供了新的策略（图1）。

图1：PTN@Lip增强HIFU的实验设计和作用机制： (a) PTN@Lip制备的示意图；(b) HIFU作为一种非侵入性治疗方法，可以安全有效地治疗多种妇科疾病；(c) PTN@Lip中和酸性肿瘤微环境并增强细胞摄取化疗药的示意图，PTN@Lip 与HIFU的联合治疗有效增加了U14肿瘤中效应T细胞的浸润。

研究结果表明，PTN@Lip显示出良好的药代动力学特性和超声成像效果，为HIFU治疗提供了精确的指导。PTN@Lip在小鼠宫颈癌U14肿瘤模型中显示出显著的抗肿瘤效果，研究还探讨了PTN@Lip增强HIFU治疗效果的机制。研究发现，PTN@Lip能够中和肿瘤的酸性微环境，通过激活Na⁺/H⁺通道，增强了肿瘤细胞对PTX的内吞作用（图2）。

图2：PTN@Lip内吞机制探讨： (a) U14细胞与DiD标记的纳米粒子孵育后的共聚焦荧光图像； (b) 不同组别中内吞作用的统计数据； (c) 不同内吞抑制剂的作用下， PTN@Lip的细胞内摄取情况；(d) 不同组别中内吞作用的统计数据；(e) U14肿瘤小鼠主要器官和肿瘤的荧光图像；(f) 分析（e）中肿瘤和器官的荧光强度；(g) 使用pH微电极记录的U14肿瘤内的pH值；(h) 不同组别离体肿瘤在440 nm和480 nm激发下的荧光图像。

在PTN@Lip联合HIFU治疗后，细胞的钙网蛋白（CRT）表达显著增加且HMGB-1释放量增加，这些发现表明，PTN@Lip 联合 HIFU治疗有效地诱导了癌细胞的免疫原性细胞死亡（ICD）。ICD与损伤相关分子模式（DAMPs）的释放有关，这些模式暴露了“吞噬我”信号，激活树突状细胞的成熟以进行抗原呈递。实验结果显示，该联合疗法会诱导免疫细胞向肿瘤部位浸润，并激活免疫系统，导致长期免疫记忆（图3）。

图3：PTN@Lip联合HIFU治疗导致的免疫反应：(a) 不同组别肿瘤的照片；（b）以及肿瘤重量的分析； (c, d) CD45⁺CD3⁺ T细胞中CD69的表达；(e-g) 肿瘤微环境中CD45⁺细胞中总CD3⁺细胞和CD3⁺CD8⁺ T细胞的数量；(h) 肿瘤中IFN-γ⁺CD8⁺CD3⁺ T细胞的比例； (i, j) 肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的比例 (k, l) U14肿瘤中自然杀伤（NK）细胞的比例； (m) 再次接种肿瘤后对照组和治疗组第24天拍摄的照片；(n) 肿瘤生长情况和 (o) 相对生存率的对比；(p)两组小鼠血浆中中央记忆T细胞（Tcm）和效应记忆T细胞（Tem）的比较；(q) 中央记忆T细胞代表性流式细胞仪分析图像和中央记忆T细胞的比例 (r)。

综上所述，这项研究提供了一种新的癌症治疗策略，将多功能材料PTN@Lip与HIFU相结合，不仅增强了HIFU成像，调节了肿瘤环境，还激活了免疫反应，为非侵入性癌症治疗领域带来了突破。此外，该材料均使用FDA批准的成分，具有显著的临床转化潜力。随着这一研究成果的发表，期待在未来妇科恶性肿瘤治疗中能够实现更有效、更安全的非侵入性治疗，希望能够为更多的妇科肿瘤患者带来福音。

来源：高分子科学前沿

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