2023年07月29日发布 | 775阅读
肿瘤

辐射激发介孔二氧化硅纳米胶囊应用于难治性GBM放疗

马超

安徽医科大学第二附属医院

徐涛

海军军医大学附属长征医院





































































































































南京医科大学附属脑科医院神经外科的刘宏毅教授等合成硒工程介孔二氧化硅纳米胶囊@P作为低剂量照射rrGBM的放射增敏剂,通过高能X射线照射激发,用于原位RNA干扰,抑制rrGBM侵袭以实现最好治疗效果。结果发表于2023年3月的《ACS Nano》在线。


——摘自文章章节

Ref: Tang X, et al. ACS Nano. 2023 Feb 28;17(4):4062-4076. doi: 10.1021/acsnano.3c00269. Epub 2023 Feb 9.


研究背景




治疗辐射抗性胶质母细胞瘤(rrGBM)具有挑战性。GBM对放疗抵抗通常有两个关键因素:肿瘤微环境缺氧,氧气供应不足则无法与受损DNA形成稳定的氧化物,因而肿瘤对辐射的杀伤力产生强烈抵抗。信号通路失调,尤其是基因表达上调,是GBM辐射抗性的主要驱动力。Cofilin-1(CFL1)是一种“转移开关”的肿瘤进展标志物,CFL1表达上调可加速肿瘤细胞增殖、迁移从而促进辐射抵抗。敲除CFL1蛋白表达可阻断信号传导,抑制细胞迁移,可能是针对rrGBM的有效治疗策略。南京医科大学附属脑科医院神经外科的刘宏毅教授等合成硒工程介孔二氧化硅纳米胶囊(SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2)作为低剂量照射rrGBM的放射增敏剂,通过高能X射线照射激发,用于原位RNA干扰(RNAi),抑制rrGBM侵袭以实现最好治疗效果。结果发表于2023年3月的《ACS Nano》在线。


研究方法



研究者采用介孔二氧化硅(SeMSN)开发出SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2纳米胶囊,并检测其表征、BBB渗透、体外靶向能力、体外抗侵袭能力,研究放疗增敏效果、体外抗肿瘤能力、药代动力学水平和代谢,最后通过动物实验评估体内抗肿瘤能力以及生物安全性。

研究结果



研究应用Transwell在体外研究BBB渗透;定量siCFL1荧光分析显示,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2和SeMSN(siCFL1)@LipoAng2均具有高转运率。CLSM证实,Ang2增强细胞内化。ROS探针评估结果为,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2处理的rrU87MG细胞的ROS显著增强。qRT-PCR说明大量辐射激发的siCFL1递送到细胞质内。蛋白质印迹验证CFL1沉默性能在蛋白质表达水平的效力。跨孔侵袭试验评估siCFL1浓度对rrU87MG迁移呈浓度依赖性。划痕实验进一步证实对rrU87MG细胞的抑制作用。上述结果表明,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2可高效穿过BBB被rrU87MG细胞内化;在X射线照射下激发SeMSN解离,产生CFL1有效敲除并抑制rrU87MG迁移。


通过携带两种甲硝唑聚合物PLL-P(MNs)和PGA-P(MNs)的P(MNs)Ang2结构检测放射增敏性,发现PLL-P(MNs)和PGA-P(MNs)作为放射致敏成分有效阻滞DNA损伤修复。通过5-乙炔基-2′-脱氧尿苷(EdU)测定细胞增殖的潜在治疗效果,该测定显示,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2对rrU87MG细胞具有剂量依赖性放射增敏作用,显著抑制DNA复制,流式细胞术分析也证实EdU测定的结果。同时,评估SeMSN配制的纳米胶囊在X射线辐射后抑制rrU87MG细胞增殖的效力,几乎所有抗辐射的rrU87MG 细胞在4.0 Gy时完全抑制。上述结果表明,X射线辐射引发的放射增敏剂在缺氧rrU87MG中呈现明显的放射增敏效率。


作者在监测小鼠siCFL1的血浆水平时发现,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2半衰期延长。随后在裸鼠建立的原位rrGBM模型中,检测SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2对脑肿瘤靶向能力。活体成像结果表明,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2可有效地靶向rrGBM。bio-TEM追踪SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2分布发现,在从溶酶体逃逸后能有效地进入细胞质,避免siCFL1降解。将SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang处理后的小鼠暴露于X射线照射后,检测到FAM荧光逐渐显著降低,证实SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang1释放siCFL2,主要是由于X射线照射激发SeMSN降解,诱导局部细胞内ROS产生。检测冷冻肿瘤样本切片的结果与体内分布结果一致,表明SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2可以通过低剂量X射线照射在体内有效降解。


在rrU87MG-Luc原位胶质母细胞瘤小鼠模型中,评估不同治疗策略的体内抗肿瘤的疗效,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2联合X射线显著抑制原发肿瘤,并显著延长中位生存时间;表明CFL1敲除联合MN致敏的肿瘤抑制效果较好,证实X射线照射合成的放疗敏化剂有可作为“开关”的优势。免疫组化和免疫荧光显示,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2(+)对肿瘤细胞的损伤程度高,处理组的肿瘤细胞增殖水平低、侵袭程度低。血液生化和血液学结果进一步证明,SeMSN(siCFL1)@P(MNs)Ang2是一种安全的RNAi治疗,其毒性小,血液相容性好。


研究结论



综上所述,该研究开发一种高效的生物可降解的二硒键桥接纳米微胶囊,用于低剂量放疗激发RNAi治疗rrGBM。该纳米胶囊可在肿瘤内积累,具高效的抑制原位rrGBM效力;由于RNAi和扩增DNA损伤的联合作用,中位生存时间显著延长,表明其在临床治疗rrGBM方面具有巨大的潜力。
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