【前沿背景】
乳腺癌是全世界女性中最常見的惡性腫瘤，在分子水平上是一種異質性疾病。乳腺癌組織的異質性通常易於引起腫瘤的多藥耐藥性，腫瘤復發或轉移，從而導致治療效果下降。主要原因是同一腫瘤在基因型和表型之間存在差異，導致腫瘤細胞對藥物的敏感性，生長速度，侵襲能力，預後以及其他方面不同。基於腫瘤異質性的更準確的聯合療法可以充分發揮最大作用，產生最小的副作用，並避免發生多藥耐藥性。近來，在臨床應用中已經非常提倡組合療法。例如，同時施用兩種或多種治療劑將調節參與腫瘤進展的不同信號傳導途徑，帶來許多優點，包括協同反應，降低的耐藥性和緩解的副作用。因此，開發多模式腫瘤協同治療系統對提高乳腺癌的治療效果具有重要意義。
1970年代初期，作為一名年輕的外科醫生，他經常在患者中遇到癌症，猶大·福爾克曼（Judah Folkman）觀察到，腫瘤組織被大量脆弱且經常出血的血管所富集。血管生成轉化研究從那時開始，已經持續了近50年。目前，結果表明阻斷血管生成可以延遲腫瘤的生長，但也可能反常增加轉移。此問題可通過血管正常化解決，包括增加周細胞覆蓋率，改善腫瘤血管灌注，降低血管通透性以及減輕缺氧。因此，腫瘤血管的正常化與腫瘤微環境（TME）的調節密切相關。人源化單克隆抗體貝伐單抗作為第一種抗血管內皮生長因子（VEGF）藥物和表達靶向VEGF的幹擾RNA（shVEGF）的質粒均已用於癌症治療。2017年，Zhang闡明了T輔助1（TH1）細胞在脈管系統和免疫重編程中的意外作用。這一發現證實了腫瘤血管和免疫系統可以相互影響，並建議TH1細胞可能是免疫檢查點阻滯和抗血管生成功效的標誌物和決定因素。因此，結合腫瘤血管正常化的聯合治療有望改善乳腺癌的治療效果。
【科研摘要】
納米酶作為模仿天然酶樣活性的人工酶，在癌症治療中受到了極大的關注。然而，設計在腫瘤中精確發揮其活性而不對周圍正常組織產生脫靶毒性的納米酶仍然是一個巨大的挑戰。11月末，北京大學侯仰龍教授團隊報告了一種通過納米酶(Ag2S@Fe2C-DSPE-PEG-iRGD)和腫瘤血管正常化相結合來破壞腫瘤的協同增強策略，這種策略基於腫瘤微環境（TME）的「解鎖」 （圖1）。作者開發的這種納米酶不僅具有光熱特性，而且可以在TME的刺激下有效產生活性氧。此外，該納米酶還在近紅二區的螢光成像和用於體內可視化跟蹤的磁共振成像中顯示出顯著的成像性能。聯合療法對乳腺癌的治療效果顯著。這項研究通過多功能納米酶和腫瘤血管正常化之間的合作為乳腺癌的強化聯合治療提供了一種治療策略。相關論文Visualization nanozyme based on tumor microenvironment 「unlocking」 for intensive combination therapy of breast cancer發表在《Science Advances》上。
圖1可視化納米酶與腫瘤血管正常化之間的乳腺癌聯合治療策略方案。
【圖文解析】
納米酶的合成與表徵
圖2A給出了核殼Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD的示意圖。首先，通過種子介導的生長方法並在有機相中進行熱分解，合成了單分散的Ag2S @ Fe2C NP。Ag2S @ Fe2C NP的合成包括兩個步驟：（i）Ag2S量子點（QD）的製備和（ii）Ag2S QDs表面的碳化鐵塗層以獲得Ag2S @ Fe2C NP（圖2B）。圖2B中的透射電子顯微鏡（TEM）圖像顯示，Ag2S芯被約2 nm厚度的Fe2C域半包圍。圖2C中描繪的高解析度TEM（HRTEM）圖像顯示出Ag2S中兩個（200）相鄰平面之間的晶格間距為0.244 nm，並且對應於六角形Fe2C的（101）平面的距離為0.209 nm。此外，圖2（D和E）顯示了Ag2S @ Fe2C NPs的能量色散X射線（EDX）線掃描，這證實了Ag2S @ Fe2C NPs的組成和核-殼結構。X射線衍射圖（圖2F）的結果與TEM的特徵一致。但是，Fe2C殼層受到約1 nm Fe3O4殼層的進一步氧化保護，該殼層在（220）磁鐵礦平面之間的間距為2.97Å。Fe 2p的X射線光電子能譜（XPS）（圖2G）已證實Ag2S @ Fe2C NPs中主要存在Fe0，而較弱的衛星峰是由於NPs的局部氧化所致。Ag 3d的XPS證實了Ag+（圖2F）。Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD（τ= 218.16 ns，λex= 808 nm）的壽命衰減如圖2I所示NP具有良好的發光性能。
圖2 Ag2S@Fe2C-DSPE-PEG-iRGD形態和結構表徵。（A）核-殼異質結的示意圖。（B）TEM圖像。（C）HRTEM圖像。（D和E）EDX線掃描：Fe（藍色），Ag（紅色）和S（黑色）。（F）X射線衍射圖。從Ag2S @ Fe2C獲得的（G）Fe 2p和（H）Ag 3d的高解析度XPS光譜。（I）螢光壽命。
納米酶的體外生物降解和酶活性
過在48小時內隨時間變化的螢光光譜評估了Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG的生物降解性能（圖3A）。隨著Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG在磷酸鹽緩衝鹽水（PBS）緩衝液（pH 5.4）中的分散時間的延長。螢光強度在410 nm的發射波長處隨時間增加，這表明在Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG降解期間會產生碳QD（C QDs）。Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG的螢光光譜分散在PBS緩衝液（pH 7.4）中，7天後PBS緩衝液（pH 5.4）進一步證實了pH依賴性Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG的穩定性。隨後，在不同的pH值下，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG的過氧化物酶樣活性評估如圖3B和圖3B所示。隨著pH值的降低，過氧化物酶樣活性增加。此外，圖3C顯示了在pH值為5.4的PBS中降解後的Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG的TEM圖像。為了進一步證明上述推測，在4T1細胞中進一步評估了Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG的生物降解行為和結構演變。細胞共孵育24小時後，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG幾乎降解為超小NP。這些結果顯示在圖3D的bio-TEM圖像中。
圖3生物降解性能。（A）分散在PBS緩衝溶液中的納米酶隨時間變化的螢光光譜。（B）不同pH值（5.4、6.5和7.4）的過氧化物酶樣活性。（C）在PBS（pH 5.4）中降解0、6、24和48小時後的TEM圖像（比例尺，50 nm）。（D）將4T1細胞與納米酶孵育24小時（比例尺，500 nm）的Bio-TEM圖像（比例尺，2μm）放大了不同區域。（E）生理環境中降解過程的示意圖。
評估增強的細胞攝取，ROS生成和4T1細胞殺傷能力
過圖4A中的多維共聚焦微螢光成像系統評估了4T1細胞中Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD的細胞攝取（λex= 808 nm）幸運的是，在808nm雷射照射下，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD組中顯示出最強的螢光強度，這表明Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD的納米酶活性與 其他組（圖4B）。在圖4C中的螢光顯微照片中評估了4T1細胞的殺傷能力。此外，僅用鹽水溫育，輻照了H2O3後，用PI染色的4T1細胞（死細胞，紅色螢光）的相應流式細胞儀數據顯示在圖4D中。僅在808-nm雷射下，在808-nm雷射照射下，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD。
圖4 細胞實驗。（A）在NIR-II中用鹽水，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD處理的4T1細胞中的共聚焦雷射掃描顯微鏡圖像（比例尺，5μm）。（B）通過DHR123在僅鹽水，僅雷射，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG +雷射處理的4T1細胞中評估了單線態氧的產生（比例尺，50μm）。（C）僅與鹽水，僅雷射，Ag2S @ Fe2C-孵育後，用鈣黃綠素-AM（活細胞，綠色螢光）和PI（死細胞，紅色螢光）染色的4T1細胞的螢光圖像（比例尺，100μm） DSPE-PEG和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG +雷射器。（D）僅在鹽水，僅雷射，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG +雷射孵育後，用PI染色的4T1細胞（死細胞，紅色螢光）的相應流式細胞儀數據。
生物分布成像和體內生物相容性
NIR-II中Ag2S @ Fe2C和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD的螢光發射光譜如圖5A所示。隨後，在NIR-II中進行螢光成像，以追蹤靜脈注射入4T1後Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD（20 mg kg-1，200 ml）的體內行為。乳腺癌裸鼠，激發波長為808 nm（圖5B）。Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD組的腫瘤部位在12小時後顯示出強發光信號（圖5C）。在肝臟，腫瘤和腫瘤附近的主要血管中清楚地觀察到明顯的螢光信號（圖5B）。經過計算，當分散在水中時，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG的r2值約為127.9 mM-1 s-1（圖5D）。圖5E清楚地表明，注射24小時後，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD顯示出比Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG更強的信號強度並使腫瘤更暗。小鼠主要器官（包括肝臟和脾臟）的發光信號強度在所監測的14天之內持續下降（圖5，G和H）。收集所有從小鼠排出的尿液和糞便，並通過電感耦合等離子體發射光譜法定量檢測Ag，結果表明注射的Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD約有90％在14天之內從體內排出（圖5I）。
貝伐單抗評估腫瘤血管正常化
如前所述，貝伐單抗可抑制血管生成作為內皮細胞增殖和遷移的生理複雜過程，這將更有利於腫瘤血管的正常化。圖6A顯示了貝伐單抗4T1乳腺癌血管生成的實驗圖，該圖在NIR-II中通過腹膜內注射低劑量Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD在4T1乳腺癌小鼠中成像。與鹽水注射組相比，在最初的10天中在腫瘤部位證實了貝伐單抗對腫瘤血管生成的抑制作用（圖6，B和C）。此外，圖6D中顯示了20天後收穫的4T1腫瘤的CD31免疫組織化學染色。
圖6抑制腫瘤血管生成的自我監測。（A）腹膜內注射生理鹽水和貝伐單抗後通過Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD抑制腫瘤血管生成的自我監測的示意圖。（B）通過Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD腹膜內注射生理鹽水和貝伐單抗後的4T1乳腺癌小鼠的實時NIR-II螢光圖像。（C）腹膜內注射生理鹽水和貝伐單抗20天後腫瘤體積變化的代表性照片。插圖：20天後相應收穫的4T1乳腺癌。（D）20天後收穫的4T1乳腺癌的CD31免疫組織化學染色。
體內癌症治療和生物安全性評估
通過體內治療4T1乳腺癌小鼠研究了聯合療法（即光熱療法，CDT和腫瘤血管正常化）。圖7A顯示了治療過程的示意圖。當對注射了Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD的小鼠進行雷射照射時，腫瘤部位的局部溫度在5分鐘內迅速從37°C升高到54.7°C，但是對於用Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG治療的小鼠，溫度僅達到46.8°C（圖7B）。這些結果證實了Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD的優異靶向能力，與上述生物成像結果一致。Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD具有顯著的抗腫瘤作用，其腫瘤體積在體內具有明顯的抑制和消除作用（圖7，C和D）。細胞壞死顯示出對小鼠腫瘤細胞的明顯破壞。雷射照射後，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD和貝伐單抗注射組的細胞凋亡和凋亡；其他組治療的小鼠壞死區域更少（圖7E）。這些結果表明，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD是一種有效的納米酶，可靶向具有抗腫瘤能力的4T1乳腺癌納米材料荷瘤小鼠。
圖7：聯合治療效果的評估。（A）基於Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD納米膠囊的腫瘤治療的示意圖。（B）靜脈注射生理鹽水，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG +雷射，Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG +雷射+貝伐單抗，Ag2S @ Fe2C-DSPE-靜脈注射生理鹽水後，4T1乳腺癌小鼠的實時熱紅外圖像 PEG-iRGD +雷射和Ag2S @ Fe2C-DSPE-PEG-iRGD +雷射+貝伐單抗在808 nm雷射照射下（0.3 W cm-2，5分鐘）。（C）在30天內不同治療中腫瘤體積變化的代表性照片。（D）不同治療中腫瘤的體積變化。（E）採用不同處理方法對腫瘤區域進行H＆E染色。
【導師簡介】
課題組：
nbm.coe.pku.edu.cn/
參見文獻：
Science Advances 27 Nov 2020:
Vol. 6, no. 48, eabc8733
DOI: 10.1126/sciadv.abc8733
版權聲明：「高分子材料科學」是由專業博士（後）創辦的非贏利性學術公眾號，旨在分享學習交流高分子聚合物材料學的研究進展。上述僅代表作者個人觀點且作者水平有限，如有科學不妥之處，請予以下方留言更正。如有侵權或引文不當請聯繫作者修正。商業轉載請聯繫編輯或頂端註明出處。感謝各位關注！
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺「網易號」用戶上傳並發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.