結(jié)腸癌是全球最常見(jiàn)的癌癥之一，死亡率很高。作為一般的臨床策略，手術(shù)切除，放療和化學(xué)療法已廣泛用于治療大腸癌。外科手術(shù)會(huì)遭受復(fù)發(fā)，轉(zhuǎn)移和給患者帶來(lái)極大痛苦。因此迫切需要有效的結(jié)腸癌治療藥。作為一種主要的氣體遞質(zhì)，內(nèi)源性硫化氫（H 2 S）在各種生理和生物學(xué)功能中至關(guān)重要，而生理和生物學(xué)功能與一系列疾?。ɡ绨┌Y）密切相關(guān)。產(chǎn)生的內(nèi)源性H 2 S可以促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞在腫瘤組織周圍的增殖和血管生成。研究人員設(shè)計(jì)了一種FeOOH NSs納米材料，以利用其對(duì)H2S清除特性實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸腫瘤進(jìn)行成像和治療，并級(jí)聯(lián)產(chǎn)生具有光熱療法功能的FeS和鐵細(xì)胞死亡。FeOOH NSs可以有效吸收CT26結(jié)腸腫瘤的內(nèi)源性H2S，從而抑制結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。專門(mén)產(chǎn)生的光熱FeS能夠通過(guò)NIR激光照射進(jìn)一步殺死癌細(xì)胞。我們還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eS對(duì)結(jié)腸癌表現(xiàn)出鐵細(xì)胞死亡作用。此外，這些FeOOH NSs能夠通過(guò)MRI功能照亮腫瘤并進(jìn)行圖像引導(dǎo)的腫瘤治療。MRI引導(dǎo)和H2S反應(yīng)FeOOH NSs可用于精確結(jié)腸癌治療。研究結(jié)果表明，具有生物相容性的FeOOHNSs納米材料成功地作為一種治療結(jié)腸癌的特異性藥物，促進(jìn)H2S響應(yīng)型納米平臺(tái)的臨床研發(fā)。


Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用


NaHS用于模擬內(nèi)源性H2S，用于研究FeOOH NSs介導(dǎo)的H2S消耗。將NaHS溶解在不同的溶液介質(zhì)（PBS和FBS介質(zhì)）中以模擬溶解的硫化氫。然后，將相同體積的具有不同濃度的FeOOH NSs溶液添加到溶液中2小時(shí)，使用Unisense硫化氫微電極作為時(shí)間的函數(shù)來(lái)測(cè)量溶解的硫化氫濃度。結(jié)腸癌細(xì)胞（CT26細(xì)胞）中的內(nèi)源性硫化氫通過(guò)類似方法進(jìn)行測(cè)量。用硫化氫微電極測(cè)量溶解的硫化氫濃度。分析了CT26腫瘤內(nèi)的內(nèi)源性H2S，向CT26腫瘤小鼠靜脈注射3 mg mL?1(Fe)濃度的FeOOH NSs。取CT26腫瘤、裂解。離心后得到上清液，并使用硫化氫微電極上測(cè)定溶解的硫化氫濃度。


實(shí)驗(yàn)結(jié)果


成功開(kāi)發(fā)了一種新型的H2S反應(yīng)性FeOOHNSs納米材料用于結(jié)腸癌聯(lián)合治療。制備的FeOOH NSs在體內(nèi)外均能有效清除H2S。特定的H2S驅(qū)動(dòng)的還原反應(yīng)產(chǎn)生的FeS顯示了強(qiáng)的近紅外吸收和良好的光熱性能。Fe2+介導(dǎo)的鐵作用導(dǎo)致GPX4失活，直接導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。同時(shí)，這種H2S激活的納米嗅覺(jué)藥物對(duì)4T1乳腺癌的治療效果幾乎可以忽略。此外，這些多功能FeOOH NSs能夠作為一種有效的MRI造影劑檢測(cè)腫瘤，并且在小鼠模型中長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月未檢測(cè)到長(zhǎng)期毒性。這些結(jié)果清楚地表明多功能FeOOH NS是一個(gè)強(qiáng)大的結(jié)腸癌藥物治療平臺(tái)，具有很大的臨床應(yīng)用潛力。

圖1、介孔FeOOH納米紡錘體（NSs）的合成與表征。a）TEM圖像和b）FeOOH NSs的元素映射模式。插圖顯示了相應(yīng)的選定區(qū)域電子衍射圖。c）結(jié)晶FeOOH NSs的TEM圖像。d）FeOOH NSs在水溶液中的動(dòng)態(tài)光散射數(shù)據(jù)。e）FeOOH NSs的XRD圖譜。f）PEG修飾的FeOOH NSs（縮寫(xiě)為FeOOH NSs）的N 2吸附/解吸等溫線。g）改性的FeOOH NSs在N 2吸附/解吸等溫線中的孔徑分布。h）加入改性的FeOOH NSs后，不同溶液（pH=5.0、6.0或7.4）的pH變化。圖1、介孔FeOOH納米紡錘體（NSs）的合成與表征。a）TEM圖像和b）FeOOH NSs的元素映射模式。插圖顯示了相應(yīng)的選定區(qū)域電子衍射圖。c）結(jié)晶FeOOH NSs的TEM圖像。d）FeOOH NSs在水溶液中的動(dòng)態(tài)光散射數(shù)據(jù)。e）FeOOH NSs的XRD圖譜。f）PEG修飾的FeOOH NSs（縮寫(xiě)為FeOOH NSs）的N 2吸附/解吸等溫線。g）改性的FeOOH NSs在N 2吸附/解吸等溫線中的孔徑分布。h）加入改性的FeOOH NSs后，不同溶液（pH=5.0、6.0或7.4）的pH變化。

圖2、4T1細(xì)胞和CT26細(xì)胞的體外細(xì)胞活力測(cè)定。a，b）在一系列濃度（0–1000×10-6 m）的NaHS孵育24小時(shí)后，4T1細(xì)胞和CT26細(xì)胞的相對(duì)細(xì)胞活力。c，d）用不同處理的4T1和CT26細(xì)胞的細(xì)胞生存力：1）PBS；2）NaHS；3）FeOOH；4）NaHS+FeOOH；5）NaHS+NIR；6）FeOOH+近紅外;7）NaHS+FeOOH+NIR。將細(xì)胞處理組用808nm NIR激光照射5分鐘，照射密度為1.5Wcm-2。所有經(jīng)NaHS處理的組的濃度均設(shè)置為200×10-6 M）各種處理（Bar=50μm）后，用活/死試劑盒染色的CT26細(xì)胞的熒光圖像。

圖3、FeOOH NSs硝化H 2 S的體內(nèi)外表現(xiàn)。a，b）在不同濃度的FeOOH NSs存在下，PBS和血清溶液中溶解的硫化氫的濃度隨時(shí)間變化。兩種介質(zhì)中最初溶解的硫化氫濃度為300μmol L-1。c）CT26細(xì)胞裂解中溶解的H 2 S濃度。用不同的處理方法培養(yǎng)CT26細(xì)胞：對(duì)照組，NaHS（濃度為200μmol L-1），無(wú)或不同濃度的FeOOH NSs（n=8）。d）不同處理后CT26細(xì)胞中p-p38和p38表達(dá)水平的蛋白質(zhì)印跡結(jié)果。e）治療后腫瘤內(nèi)溶解的硫化氫水平的定量比較（n=10）。f）各種治療后腫瘤組織內(nèi)p‐p38，p38和GPX4表達(dá)水平的蛋白質(zhì)印跡結(jié)果。g）經(jīng)過(guò)一系列治療（Bar=100μm）后，對(duì)CT26腫瘤切片進(jìn)行p-p38和CD31免疫染色。

圖4、應(yīng)用unisense硫化氫微電極測(cè)試4T1細(xì)胞裂解過(guò)程中溶解的硫化氫濃度。從4T1細(xì)胞中提取的H2S濃度分別用不同處理孵育:對(duì)照組、NaHS(200°M)和NaHS加一系列FeOOH NSs濃度。

圖5、應(yīng)用unisense硫化氫微電極測(cè)試4T1和CT26細(xì)胞裂解過(guò)程中溶解H2S的濃度。CT26細(xì)胞在對(duì)照組和FeOOH(n=6)處理下培養(yǎng)。


結(jié)論與展望


過(guò)量產(chǎn)生的硫化氫（H2S）對(duì)結(jié)腸癌的進(jìn)展至關(guān)重要，并促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖。本論文的研究人員設(shè)計(jì)了用于腫瘤特異性H2S活化的藥理納米材料對(duì)于精確的結(jié)腸癌治療將具有重要意義。研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)一種生物相容性梭形氧化鐵-氫氧化鐵納米錠（FeOOH NSs）材料并用于磁共振成像（MRI）、鐵細(xì)胞死亡和基于H2S增強(qiáng)的聯(lián)合結(jié)腸癌治療。FeOOH NSs可以通過(guò)還原反應(yīng)有效清除內(nèi)源性H2S，從而阻止CT26結(jié)腸癌的生長(zhǎng)。研究還發(fā)現(xiàn)這些由H2S負(fù)責(zé)的納米治療對(duì)其他類型的癌癥（例如4T1乳腺癌）沒(méi)有任何治愈作用。其中Unisense硫化氫微電極用來(lái)測(cè)量體內(nèi)外溶解的硫化氫濃度，通過(guò)將NaHS溶解在不同的溶液介質(zhì)（PBS和FBS介質(zhì)）中以模擬溶解的硫化氫，然后將相同體積的具有不同濃度的FeOOH NSs溶液添加到溶液中2小時(shí)，使用Unisense硫化氫微電極作為時(shí)間的函數(shù)來(lái)測(cè)量溶解的硫化氫濃度。向CT26腫瘤小鼠靜脈注射3 mg mL?1(Fe)濃度的FeOOH NSs，取出CT26腫瘤、裂解。離心后得到上清液，并使用硫化氫微電極上測(cè)定溶解的硫化氫濃度。這也表明，具有生物相容性的FeOOH NSs可以成功地用作治療惡性結(jié)腸癌的治療方法，這可能會(huì)促進(jìn)H2S響應(yīng)納米平臺(tái)的臨床應(yīng)用和發(fā)展。