景介紹：大多數(shù)腫瘤在生長過程中會出現(xiàn)不同程度的乏氧，而乏氧是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移和耐受的重要原因之一。因此在腫瘤治療中清除乏氧腫瘤細(xì)胞對預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移尤為重要。乏氧依賴性藥物則是在乏氧條件下起效的一類物質(zhì)，主要包括乏氧性細(xì)菌、乏氧性前藥（如：沙門氏菌、替拉扎明）等。這些物質(zhì)可與其他抗腫瘤手段聯(lián)合，清除乏氧腫瘤細(xì)胞，防止腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。然而臨床上聯(lián)合乏氧依賴性藥物對腫瘤的療效并不理想，這主要是由于腫瘤的乏氧部位滲透性差，藥物濃度過低所導(dǎo)致的。盡管已經(jīng)有一些手段可增加乏氧藥物的滲透性，然而滲透性增加必然伴隨著氧氣濃度增加，反而降低了乏氧藥物的療效。本研究報道了一種全氟碳納米顆粒(PNPs)可以用來創(chuàng)建一個持久穿透性和低氧腫瘤微環(huán)境，探索這種材料全氟化碳在臨床腫瘤治療應(yīng)用的一個新方向。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用了Unisense氧氣微電極穿刺老鼠腫瘤組織內(nèi)1mm深處的氧氣濃度。同時結(jié)合氧微電極測試了老鼠體內(nèi)注射PNPs(全氟碳納米顆粒)后并應(yīng)用激光照射后測試?yán)鲜竽[瘤組織內(nèi)的氧氣濃度。其中氧微電極采用傳統(tǒng)的2點法進(jìn)行校正。

實驗結(jié)果

研究表明全氟碳納米顆粒(PNPs)可以用來創(chuàng)建一個持久穿透性和低氧腫瘤微環(huán)境，以確保實施的HBA的激活。全氟碳納米顆粒(PNPs)除了能夠增加乏氧藥物的滲透性，還可以保留PNPs，進(jìn)一步實現(xiàn)長期抑制瘤內(nèi)O2再灌注，同時增強HBA的積累。研究證明了該納米粒可通過光動力效應(yīng)破壞血管，增加腫瘤部位的藥物滲透，同時還作為一種“吸氧海綿”，將滲透進(jìn)入腫瘤組織的氧氣，富集并消耗完畢，為乏氧依賴性藥物創(chuàng)造了能夠起效的乏氧微環(huán)境。

圖1、PNP介導(dǎo)的HBA和O2吸收及消耗功能的改善示意圖。圖a表示的是PNP粒子增強了基于缺氧的藥物療效。PNPs可以增強腫瘤的滲透性和長期缺氧，從而提高HBA的療效。圖b表示的是PNPs O2吸收/消耗能力測定示意圖（瓶子內(nèi)溶解的氧濃度使用了unisense氧微電極測試獲得）。圖c表示采用了unisense微電極定量測定體系中溶氧濃度的DO變化情況(n=3)。

圖2、體內(nèi)缺氧PNPs介導(dǎo)的滲透性增強和缺氧的長期效應(yīng)。圖a)腫瘤中埃文斯藍(lán)積累的分析，24小時后靜脈注射脫氧PNPs。用紫外-可見分光光度法(UV-vis)測定腫瘤中埃文斯藍(lán)的含量。圖b)體外熒光圖像的伊文思藍(lán)(紅色)和4‘,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)(藍(lán)色)染色(圖中的比例尺存是100μm)。圖c)定量Evans藍(lán)在b中的累積量。圖d腫瘤內(nèi)注射脫氧PNPs和油納米顆粒后溶氧（DO）的變化。圖e）腫瘤內(nèi)注射缺氧PNPs和ONPs(比例尺寸,100μm)24小時后體現(xiàn)的免疫熒光圖像的低氧factor-1α(HIF-1α)(綠色)染色部分。(f)量化HIF-1α表達(dá)數(shù)。

圖3、在激光照射下，PNPs的脫氧作用增加了腫瘤的通透性和缺氧。圖a表示的是靜脈注射PNPs 24 h，激光照射3 h(5min,808 nm,400mWcm?2)，腫瘤中埃文斯藍(lán)的積累。圖b體外熒光伊文思藍(lán)的圖像(紅色)在腫瘤部分。圖c.b中Evans藍(lán)積累的相對定量(n=4)。圖d腫瘤內(nèi)給藥后，在三個周期的激光照射(808 nm,2Wcm-2)后腫瘤內(nèi)的溶解氧(DO)變化情況。圖e）靜脈注射后24小時，激光照射(808 nm,400mWcm-2)5分鐘后腫瘤內(nèi)DO的變化。f免疫印跡圖(腫瘤內(nèi)低氧factor-1α(HIF-1α)表達(dá)在激光輻照后24小時。g,h腫瘤切片沾抗哌莫硝唑抗體(綠色),anti-HIF-1α抗體(綠色)和DAPI(藍(lán)色)在24 h后輻照(比例尺寸、200μm)。

圖4、PNPs增強TPZ化療法。用TPZ和油納米粒子(ONPs)或PNPs粒子在激光下培養(yǎng)CT26細(xì)胞的熒光圖像，激光輻射(808 nm,400mWcm-2)?；罴?xì)胞用Calcein-AM染色(綠色)，死亡/晚期凋亡細(xì)胞用碘化丙鈉染色(π)(紅色),(比例尺寸,100μm)。圖b）治療組細(xì)胞存活率。圖c）治療組小鼠腫瘤生長曲線(n≥6/組)。PNPs和TPZ都是第1、3和5天分別靜脈注射到小鼠體內(nèi)。圖d）腫瘤重量在第12天歸一化平均。圖e）動物體重的變化。圖f)蘇木精和伊紅(H&E)(比例尺寸、100μm)和末端轉(zhuǎn)移酶的dUTP缺口末端標(biāo)記(TUNEL)(綠色)(比例尺寸、規(guī)模100μm)CT26腫瘤染色。試樣的樣品都是在第8天收集不同組別的樣本.

圖5、PNPs使基于缺氧的細(xì)菌性癌癥治療成為可能。圖a）低氧強度、沙門氏菌VNP20009(Sa.)積累量和細(xì)胞核數(shù)。用抗glut1抗體(紅色)、抗sa染色測定，抗體(綠色)和4′，6-二氨基-2-苯基吲哚(DAPI)(藍(lán)色)100μm)。Sa(5×106 CFU)于照射前1 h靜脈給藥。將小鼠置于808 nm、400mWcm?2激光下，照射時間為靜脈注射PNPs、油納米粒(ONPs)或生理鹽水后min(24h)。腫瘤切片免疫熒光圖像。圖b）相對低氧強度(黑色y軸)和Sa的半定量分析。圖c。Sa的分布。在第3天(n=3)，用集落形成法測定小鼠腫瘤生長曲線(n=4-9)。圖e治療后第10天腫瘤的量恢復(fù)正常。小鼠血液學(xué)指標(biāo)和血液生化指標(biāo)均有顯著性差異靜脈注射VNP20009。實驗在注射VNP20009后和生理鹽水后的第1天和第7天進(jìn)行的。

總結(jié)

臨床上聯(lián)合乏氧依賴性藥物對腫瘤的療效并不理想，這主要是由于腫瘤的乏氧部位滲透性差，藥物濃度過低所導(dǎo)致。為了在增加藥物滲透的同時，降低氧氣的滲透，研究人員發(fā)明了一種全氟化碳納米粒。該納米?？赏ㄟ^光動力效應(yīng)破壞血管，增加腫瘤部位的藥物滲透，同時還作為一種“吸氧海綿”，將滲透進(jìn)入腫瘤組織的氧氣，富集并消耗完畢，為乏氧依賴性藥物創(chuàng)造了能夠起效的乏氧微環(huán)境。本論文發(fā)明了一種全氟化碳納米粒子，該納米?？赏ㄟ^光動力效應(yīng)破壞血管，增加腫瘤部位的藥物滲透，同時還作為一種“吸氧海綿”，將滲透進(jìn)入腫瘤組織的氧氣，富集并消耗完畢，為乏氧依賴性藥物創(chuàng)造了能夠起效的乏氧微環(huán)境。具體方法將全氟化碳納米粒子PNPs注入到老鼠體內(nèi)，全氟化碳納米粒子能夠與藥物共同作用降低腫瘤中的氧氣濃度，創(chuàng)造乏氧環(huán)境，全氟化碳納米?？娠@著增加乏氧藥物的療效，實驗中使用了unisense氧微電極用于原位的測試?yán)鲜竽[瘤組織中的氧氣濃度實現(xiàn)了對于老鼠體內(nèi)的氧氣濃度的在線監(jiān)測，從而提出了基于全氟化碳納米粒子缺氧劑能夠增加乏氧藥物的療效的相關(guān)機理，研究采用的全氟化碳納米粒對機體的組織器官沒有毒性，安全可靠，極有可能成為全氟化碳在臨床應(yīng)用的一個新方向。這說明unisense氧微電極在醫(yī)學(xué)缺氧腫瘤臨床應(yīng)用方面存在著很好的應(yīng)用前景。