AniView动物活体成像应用于增强乳腺癌药物治疗的水凝胶的开发
《Materials Today Bio》
IF=10.761，一区top期刊
近日，同济大学化学科学与工程学院石硕教授团队联合附属东方医院乳腺肿瘤科主任董春燕教授在开发可用于肿瘤治疗成像的水凝胶方面取得了新的进展。相关研究成果已发表在国际知名期刊《Materials Today Bio》(IF=10.761，一区top期刊)上。
根据癌症统计数据，到2021年，乳腺癌（BC）已成为全球最常见的癌症。近年来，乳腺癌的治疗方法很多，包括手术切除、化疗、放疗、内分泌治疗和靶向治疗。 尽管如此，乳腺癌的预后很差，它仍然是女性癌症相关死亡的主要原因。 因此，迫切需要开发新的治疗药物和方法来改善BC的治疗效果。
光动力疗法（PDT）由于其高选择性、非侵入性和通过产生巨大的细胞毒性ROS对肿瘤细胞的致命破坏，成为抗癌治疗的一种有吸引力的方式。然而肿瘤的严重缺氧状况对PDT的有效性构成了明显的障碍，为了克服这一限制，现在的重点已经转移到结合多模式治疗和引入智能纳米材料。
二甲双胍（Met）作为一种广泛使用的口服降糖药物，对几乎所有类型的癌症都有疗效，包括BC、肺癌、结肠直肠癌等。Met有效地针对新陈代谢，主要通过抑制线粒体复合体I来限制癌细胞的能量流动，使其缺乏能量而发挥其抗肿瘤作用，同时通过胰岛素/胰岛素样生长因子-1（IGF-1）途径调节胰岛素活性，以减少细胞增殖和生存。然而，根据沃伯格效应，肿瘤细胞通常依靠有氧糖酵解而不是三羧酸（TCA）循环来产生足够的线粒体能量。这在很大程度上限制了Met在降低线粒体电子传递链中复合物I活性方面的敏感性。有报告显示，在乳腺癌中广泛表达的BTB和CNC同源物1（BACH1）可以作为线粒体糖酵解的一个关键调节器，并且一种现成的药物hemin可以调节BACH1的亚细胞定位和DNA结合，为使用hemin来有效提高癌细胞对Met的敏感性提供了新的见解，通过糖酵解和TCA的双重抑制进一步降低线粒体的耗氧量，有效缓解肿瘤的缺氧状态。
基于此，作者构建了一种由50GMP交联的原位注射和近红外光触发释放的水凝胶，实现了光控释放和Met在肿瘤部位的高负载量。hemin分别通过抑制BACH1，增强Met对线粒体复合体I的敏感性，以及其过氧化氢酶的活性产生更多的氧气，使凝胶克服肿瘤部位的缺氧，有效地改善PDT。在808纳米激光照射下，ICG引发的ROS生成和PTT的双重增强引起了肿瘤细胞的直接损伤，导致细胞凋亡或坏死。另一方面，肿瘤细胞损伤通过高表达的钙调蛋白（CRT）诱导免疫反应，成功地重塑了免疫微环境。此外，生物安全分析显示，这种可注射的多功能水凝胶HMI@GEL对主要器官几乎没有毒性影响，为乳腺癌的治疗提供了新的机会。
通过监测瘤内注射后0小时、12小时、24小时、48小时、60小时和72小时的动态变化，发现HMI@GEL水凝胶样品瘤内注射表现出明显的肿瘤部位周围的局部药物分布，在72小时内比瘤内注射不含ICG（HMI@Liq）的药物更持续释放。并且HMI@GEL水凝胶在光热作用下更容易降解，但在照射5分钟后，其持续释放效果在体内没有受到影响。此外，原位注射的HMI@GEL主要分布在肿瘤部位，在72小时的治疗过程中，药物在主要器官的残留很少。随后，对分离出的肿瘤和主要器官进行代谢观察，肿瘤部位的药物荧光和器官几乎不可见，表明这种新型水凝胶平台具有良好的生物安全性。
▲ 注射HMI@Liq、HMI@GEL和HMI@GEL+Laser 72h后小鼠和器官的荧光图像
博鹭腾助力科研实验
文章中，评估三种治疗方法 （HMI@Liq、HMI@GEL、HMI@GEL Laser）在小鼠身上的瘤内保留，使用了AniView系列多模式动物活体成像系统（点击了解详情）拍摄。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100375
