Two-stage oxygen delivery for enhanced radiotherapy by perfluorocarbon nanoparticles

基于全氟化碳納米顆粒的兩階段氧輸送增強放療

來源：Theranostics, Volume 8, Issue 18, 2018, pages 4898-4911

《治療診斷學》，第8卷第18期，2018年，頁碼4898-4911

 

摘要：

這篇論文摘要闡述了腫瘤缺氧會限制放療效果，因為氧是促進輻射誘導細胞損傷的關鍵。研究開發了一種基于全氟化碳納米顆粒的兩階段氧輸送策略，通過靜脈注射PFC納米顆粒到腫瘤小鼠模型，無需高壓氧呼吸。PFC納米顆粒在腫瘤中積累后，首先釋放物理溶解的氧（第一階段），然后通過抑制血小板活性促進紅細胞浸潤，進一步釋放氧（第二階段）。這種策略能快速緩解腫瘤缺氧，顯著提高放療療效。所有使用的物質均具有臨床安全性，易于轉化應用。

 

研究目的：

研究目的是開發一種簡單有效的氧輸送策略，通過利用全氟化碳納米顆粒的兩階段氧輸送能力，逆轉腫瘤缺氧微環境，從而增強放療敏感性，解決臨床中腫瘤缺氧導致的治療抵抗問題。

 

研究思路：

研究思路是首先篩選具有最強血小板抑制作用的PFC化合物（如PFTBA），并將其封裝到白蛋白納米顆粒中形成PFTBA@HSA。通過靜脈注射，納米顆粒利用EPR效應在腫瘤部位積累。第一階段，PFC釋放物理溶解的氧；第二階段，PFTBA抑制血小板活性，破壞腫瘤血管屏障，促進紅細胞浸潤增加氧輸送。研究結合體外血小板功能實驗、體內腫瘤模型和缺氧評估，驗證兩階段氧輸送的效果，并評估其對放療的增強作用。

 

測量的數據及研究意義：

1. 數據：PFTBA@HSA納米顆粒的尺寸約150nm，PDI為0.0846，氧溶解濃度約500μM。研究意義：表明納米顆粒具有均勻尺寸和良好氧攜帶能力，為后續體內遞送奠定基礎。來源：圖2B、2E。

 

2. 數據：PFTBA@HSA顯著抑制血小板聚集、ATP釋放和血塊收縮。研究意義：證實PFTBA通過抑制血小板功能，可能增強血管通透性。來源：圖3A-3F。

 

3. 數據：腫瘤內血紅蛋白含量在PFTBA@HSA處理后5小時和10小時顯著增加。研究意義：表明PFTBA促進紅細胞浸潤，實現第二階段氧輸送。來源：圖3G、3H。

4. 數據：靜脈注射PFTBA@HSA后12小時和24小時，腫瘤HIF-1α表達和Pimonidazole積累顯著降低。研究意義：證明兩階段氧輸送能長效緩解腫瘤缺氧。來源：圖5A-5H。

 

5. 數據：在SUM149PT和CT26腫瘤模型中，PFTBA@HSA聯合放療顯著抑制腫瘤生長、增加壞死和凋亡。研究意義：顯示兩階段氧輸送能有效增強放療療效。來源：圖6A-6G、圖7A-7D。

 

 

6. 數據：毒性測試顯示PFTBA@HSA對正常組織無顯著毒性。研究意義：確保策略的生物安全性，支持臨床轉化潛力。

 

結論：

1. PFTBA@HSA通過兩階段氧輸送（PFC釋氧和紅細胞介導的氧輸送）能有效逆轉腫瘤缺氧。

2. 該策略顯著增強放療療效，在乳腺癌和結腸癌模型中均能抑制腫瘤生長。

3. PFTBA和白蛋白均為臨床可用物質，安全性高，易于臨床轉化。

4. 血小板抑制作用還可能抑制腫瘤轉移和增強免疫療法，擴展了應用前景。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：

研究中使用了丹麥Unisense氧探頭測量PFTBA@HSA納米顆粒的氧溶解濃度（圖2E）。該電極通過高精度傳感器直接量化溶液中的氧分壓，驗證了PFC納米顆粒的氧攜帶能力（約500μM）。測量意義在于提供了關鍵數據，證明PFTBA@HSA能有效溶解和釋放氧，為第一階段氧輸送提供了實驗依據。這種定量測量確保了納米顆粒作為氧載體的可靠性，并幫助優化了氧輸送策略的參數，為體內應用奠定了理論基礎。Unisense電極的高靈敏度和穩定性使其成為評估氧載體性能的重要工具，支持了整個兩階段氧輸送機制的有效性驗證。