Oxygen-Self-Produced Nanoplatform for Relieving Hypoxia and Breaking Resistance to Sonodynamic Treatment of Pancreatic Cancer

自產(chǎn)氧納米平臺(tái)用于緩解缺氧和打破胰腺癌聲動(dòng)力治療的阻力

來(lái)源: ACS Nano, Volume 11, 2017, Pages 12849-12862

《ACS納米》，第11卷，2017年，第12849-12862頁(yè)

 

摘要

論文摘要指出，缺氧作為實(shí)體瘤的標(biāo)志性特征，會(huì)導(dǎo)致癌癥轉(zhuǎn)移和進(jìn)展，并誘導(dǎo)對(duì)氧依賴(lài)性療法（如放療、化療和光動(dòng)力療法）的抵抗。為了解決這些問(wèn)題，研究建立了一種自產(chǎn)氧的聲動(dòng)力治療（SDT）納米平臺(tái)，采用改性氟碳（FC）鏈介導(dǎo)的氧傳遞協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺氧胰腺癌的高效SDT。該納米平臺(tái)利用功能化中空介孔有機(jī)硅納米顆粒（FHMONs）作為載體，其介孔和FC鏈分別提供聲敏劑（IR780）和氧氣的存儲(chǔ)容量和結(jié)合位點(diǎn)。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，該納米平臺(tái)能突破缺氧特異性運(yùn)輸屏障，在超聲波照射下向缺氧PANC-1細(xì)胞提供充足氧氣，緩解缺氧，從而抑制缺氧誘導(dǎo)的SDT抵抗，產(chǎn)生足夠活性氧（ROS）殺死PANC-1細(xì)胞并縮小腫瘤。這種獨(dú)特的FC鏈介導(dǎo)氧傳遞方法為缺氧氧合提供了途徑，并具有緩解缺氧誘導(dǎo)抵抗的潛力。

 

研究目的

研究目的是開(kāi)發(fā)一種能自我產(chǎn)氧的SDT納米平臺(tái)，通過(guò)FC鏈介導(dǎo)的氧傳遞緩解腫瘤缺氧，克服缺氧誘導(dǎo)的聲動(dòng)力治療抵抗，提高對(duì)缺氧胰腺癌的治療效果。具體包括驗(yàn)證納米平臺(tái)的氧釋放能力、缺氧調(diào)節(jié)作用、ROS生成以及體內(nèi)外SDT效率。

 

研究思路

研究思路是合成氟碳鏈功能化的中空介孔有機(jī)硅納米顆粒（FHMONs）作為載體，負(fù)載聲敏劑IR780和氧氣，形成IR780@O2-FHMON納米平臺(tái)。通過(guò)表征納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)（如尺寸、Zeta電位、氧負(fù)載），評(píng)估其氧釋放能力（使用GC、光學(xué)顯微鏡）、缺氧調(diào)節(jié)（測(cè)量氧氣分壓pO2）、ROS產(chǎn)生（使用DPBF、ESR、流式細(xì)胞術(shù)）和SDT效果（細(xì)胞毒性、凋亡 assay）。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)通過(guò)小鼠模型評(píng)估納米平臺(tái)的腫瘤積累、氧合作用（pO2測(cè)量）和治療效果（腫瘤體積、生存率、組織學(xué)分析）。超聲波作為觸發(fā)因素，促進(jìn)氧釋放和聲動(dòng)力反應(yīng)。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 納米顆粒表征數(shù)據(jù)來(lái)自圖1和圖2，包括FHMONs的尺寸（約180 nm）、Zeta電位變化和氧負(fù)載（GC檢測(cè)），研究意義是確認(rèn)納米平臺(tái)成功合成，F(xiàn)C鏈提供氧結(jié)合位點(diǎn)，確保氧氣儲(chǔ)存和可控釋放，為后續(xù)缺氧調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)。

 

 

2 體外氧釋放數(shù)據(jù)來(lái)自圖2c,d,e,f，通過(guò)GC、光學(xué)顯微鏡和Unisense電極測(cè)量，顯示IR780@O2-FHMON在超聲波照射下能有效釋放氧氣，提高細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)氧氣濃度，研究意義是證明納米平臺(tái)能主動(dòng)緩解缺氧，為SDT提供充足氧氣底物。

3 ROS產(chǎn)生數(shù)據(jù)來(lái)自圖3a,b,c，使用DPBF衰減、ESR光譜和流式細(xì)胞術(shù)（DCFH-DA染色），顯示超聲波觸發(fā)IR780@O2-FHMON產(chǎn)生大量單線態(tài)氧和ROS，研究意義是驗(yàn)證氧供應(yīng)增強(qiáng)聲催化過(guò)程，直接關(guān)聯(lián)缺氧緩解與ROS介導(dǎo)的細(xì)胞毒性。

 

4 細(xì)胞毒性數(shù)據(jù)來(lái)自圖4，通過(guò)CCK8 assay、PI/Calcein AM染色和流式細(xì)胞術(shù)（凋亡檢測(cè)），顯示IR780@O2-FHMON結(jié)合超聲波能顯著誘導(dǎo)缺氧PANC-1細(xì)胞凋亡，研究意義是證實(shí)納米平臺(tái)通過(guò)緩解缺氧打破SDT抵抗，提高治療效率。

 

5 體內(nèi)分布和氧合數(shù)據(jù)來(lái)自圖5b,c和圖6b,c，通過(guò)Si積累測(cè)定和Unisense電極測(cè)量腫瘤pO2，顯示納米平臺(tái)在超聲波促進(jìn)下在腫瘤中積累增加，并能持續(xù)提升腫瘤氧氣分壓，研究意義是證明納米平臺(tái)能突破缺氧屏障，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)缺氧逆轉(zhuǎn)。

 

 

6 腫瘤治療數(shù)據(jù)來(lái)自圖7a,b,c，測(cè)量腫瘤體積變化、小鼠生存率和組織學(xué)分析（H&E、TUNEL、PCNA染色），顯示IR780@O2-FHMON結(jié)合超聲波能顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)并誘導(dǎo) apoptosis，研究意義是整體驗(yàn)證納米平臺(tái)在體內(nèi)的治療效能和生物安全性。

 

 

結(jié)論

1 研究成功開(kāi)發(fā)了自產(chǎn)氧SDT納米平臺(tái)IR780@O2-FHMON，通過(guò)FC鏈介導(dǎo)氧傳遞，有效緩解腫瘤缺氧，克服缺氧誘導(dǎo)的聲動(dòng)力治療抵抗。

2 體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，納米平臺(tái)在超聲波觸發(fā)下能持續(xù)釋放氧氣，增強(qiáng)ROS產(chǎn)生，顯著誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡并抑制腫瘤生長(zhǎng)。

3 該策略為缺氧相關(guān)治療抵抗提供了新思路，具有潛在臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值，可用于其他氧依賴(lài)性療法。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense氧微電極測(cè)量氧氣分壓（pO2）在研究中具有關(guān)鍵意義。在體外實(shí)驗(yàn)中，Unisense電極用于定量檢測(cè)細(xì)胞培養(yǎng)液中的溶解氧濃度（圖2e,f），直接驗(yàn)證IR780@O2-FHMON的氧釋放能力；在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，電極用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤組織的pO2變化（圖6b,c），顯示納米平臺(tái)能持續(xù)提升缺氧腫瘤的氧氣水平。這些測(cè)量數(shù)據(jù)研究意義在于：首先，提供了直接的缺氧緩解證據(jù)，將納米平臺(tái)的氧傳遞功能與生理效果關(guān)聯(lián)；其次，通過(guò)時(shí)間動(dòng)態(tài)曲線（如pO2在24小時(shí)內(nèi)的變化），證實(shí)了氧釋放的持續(xù)性和超聲波觸發(fā)的增強(qiáng)作用；最后，體內(nèi)pO2數(shù)據(jù)與治療效果（如腫瘤縮小）相關(guān)性，強(qiáng)化了缺氧逆轉(zhuǎn)作為SDT增敏機(jī)制的核心作用。Unisense電極的高精度和實(shí)時(shí)性使其成為評(píng)估腫瘤微環(huán)境缺氧狀態(tài)的可靠工具，為本研究提供了關(guān)鍵定量支持。