一、研究概述
胶质母细胞瘤（GBM）预后差、复发率高、死亡率高，亟需通过学科交叉发展新理念和新技术，以增强治疗效果。近日，中国科学院过程工程研究所（IPE）生化工程国家重点实验室与深圳市第二人民医院合作，通过分析大量胶质瘤患者临床样本发现了乳酸异常代谢的规律，以此构建了具有靶向富集、代谢调控和协同治疗功能的创新仿生剂型，在患者来源的细胞模型和动物模型上均显著抑制了GBM的进展，为GBM的高效治疗提供了新思路。相关工作发表于Nature Communications（IF：17.694，中科院Q1/TOP）上。
乳酸代谢异常在肿瘤发生发展中发挥重要作用，针对乳酸代谢的抗肿瘤治疗得到了越来越多关注。然而，该策略在GBM治疗中难以发挥有效作用，一方面，血脑屏障（BBB）的存在能够阻碍包括乳酸代谢抑制剂在内的大多数药物进入中枢神经系统，需寻求更有效的靶向递送新策略；另一方面，GBM的浸润性和复杂性使得单一的乳酸代谢治疗效果有限，需进一步联合其他治疗手段。
为此，结合仿生剂型工程的多年研究经验，中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室生物剂型与生物材料团队研究员魏炜和中科院院士、过程工程所研究员马光辉提出了创建仿生剂型用于GBM代谢调控和靶向协同治疗的新策略，并联合深圳市第二人民医院神经外科李维平教授团队交叉合作，探索出GBM个体化治疗的新模式。
研究团队首先对胶质瘤患者的临床样本和小鼠胶质瘤模型进行了免疫组化分析，发现胶质瘤恶性程度越高，肿瘤组织内乳酸代谢越强。据此，研究团队提出了代谢调控结合靶向协同治疗的GBM高效治疗新思路。具体而言，将血红蛋白（H）、乳酸氧化酶（L）、草酸双酯（CPPO）（P）、光敏剂Ce6（C）通过一步法制备成了一种自组装纳米粒子（NPs）即HLPC颗粒后，进行GBM细胞膜镀层，构建仿生M@HLPC剂型。静脉注射后，M@HLPC通过整合素和粘附蛋白间特异性识别介导的转胞吞途径跨越BBB，进一步通过膜表面CD44等分子同源靶向GBM。在此基础上，M@HLPC催化肿瘤内高表达的乳酸产生丙酮酸和双氧水，一方面丙酮酸通过降低组蛋白表达来阻滞细胞周期，进而抑制肿瘤细胞增殖；另一方面双氧水与CPPO反应释放化学能激发光敏剂Ce6，产生单线态氧杀伤肿瘤细胞。上述代谢调控和协同机制可以高效杀伤GBM细胞。
图1.仿生剂型用于GBM代谢调控和靶向协同治疗示意图。（a）胶质瘤样本中乳酸代谢通路代表性指标分析示意图；（b）仿生剂型M@HLPC的构建示意图；（c）M@HLPC的抑瘤机制示意图。
上述仿生剂型所装载的药物具有较好的灵活性，可以按需进行不同组合。GMB细胞膜可从患者术后的肿瘤组织获得，在GMB术后抗复发个体化治疗方面具有较好的应用前景。研究团队利用细胞系模型进行体内外研究，构建了临床患者来源的仿生剂型hM@HLPC，并基于患者来源的肿瘤细胞和肿瘤异种移植模型进行机制和疗效的确认，进一步显示出了剂型工程和临床医学的交叉特色。
文章来源：
Lu, G., Wang, X., Li, F. et al. Engineered biomimetic nanoparticles achieve targeted delivery and efficient metabolism-based synergistic therapy against glioblastoma. Nat Commun 13, 4214 (2022).https://doi.org/10.1038/s41467-022-31799-y
点击查阅《【精选编译】应用仿生纳米粒子和高效代谢协同靶向治疗胶质母细胞瘤》
二、作者自述
共同通讯作者、深圳市第二人民医院神经外科的李维平教授说：“我们观察到乳酸代谢指标与胶质瘤增殖程度呈正相关。因此，我们提出了一种高效的基于代谢的协同治疗方法，靶向控制GBM的乳酸代谢异常。”
ꔷ 主任医师，教授，博士研究生导师；深圳市政府特殊津贴专家，深圳大学第一附属医院（深圳市第二人民医院）脑科中心首席专家
ꔷ 国家卫健委内镜专业技术神经科培训（深圳）基地主任；中国肿瘤防治联盟深圳市联盟副主席；深圳市抗癌协会副会长；南方胶质瘤中心深圳中心主任；深圳市神经外科重点实验室主任；中国医师协会神经外科医师分会委员、脑胶质瘤分会委员；中国抗癌协会脑胶质瘤分会常委；中国医药创新促进会脑神经药物临床研究专委会副主任委员；中国临床肿瘤学会神经肿瘤分会委员；广州抗癌协会神经肿瘤专业委员会副主任委员；深圳市医学会神经外科专业委员会前任主任委员
ꔷ 担任“Internation Journal of oncology”、“中国微侵袭神经外科杂志”和“中国内镜杂志”等期刊编委；主持国家自然科学基金面上项目二项，获得“广东省科技进步奖”二等、三等奖各一项，“深圳市科技进步奖”二等奖二项；2020年入选“中国学者（神经外科）学术影响力排名百强榜”，2022年入选“近十年全国神经外科领域学者论文学术影响力排名百强榜”
共同通讯作者、中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室生物剂型与生物材料团队研究员魏炜教授说：“在静脉注射后，M@HLPC可以通过整合素和血管细胞粘附蛋白特异性识别识别介导的转胞吞途径跨越血脑屏障，然后通过膜表面CD44等分子同源靶向GBM。”
在患者来源的肿瘤细胞和肿瘤异种移植模型中，都证实了相关机制及其治疗效果的有效性。
图2.个体化仿生剂型hM@HLPC在患者来源的异种移植瘤模型上的疗效评价。（a）模型的构建及靶向效果评估策略；（b-d）hM@HLPC的共聚焦和透射电镜成像、粒径电势及蛋白凝胶电泳；（e）小动物成像表征hM@HLPC在GBM部位的富集；（f）hM@HLPC在异种移植瘤模型上的治疗效果评估策略；（g、h）生长曲线及生存期曲线。
共同通讯作者、中国科学院过程工程研究所的马光辉院士说：“考虑到该剂型的安全性及其在PDX模型（患者来源的异种移植瘤模型）中的显著治疗效果，我们的个性化仿生剂型具备转化为临床应用的潜力。”
三、同行评述
Nature Communications的一位同行审稿人说：“这项研究的想法很有趣。”而另一位同行审稿人则强调，这项研究“提出了一种多靶点、个性化、智能的纳米平台来治疗胶质母细胞瘤。其背后的基本原理解释得很好，我确实对这种多策略的方法以及该创新仿生剂型的生物分子特性很赞赏。”
