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腫瘤轉(zhuǎn)移無跡循？看我磷光照妖鏡！- 李振/李倩倩/張玉峰聯(lián)合團隊《Sci. Adv.》：有機室溫磷光納米顆粒對腫瘤轉(zhuǎn)移過程的檢測與成像
2023-05-24  來源：高分子科技

  據(jù)統(tǒng)計，腫瘤轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致癌癥死亡的首要原因。盡管在抗擊癌癥轉(zhuǎn)移方面已經(jīng)進行了大量的研究，但要實現(xiàn)癌癥轉(zhuǎn)移的早期診斷和有效治療仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。癌癥的轉(zhuǎn)移過程包括癌細胞的侵襲、內(nèi)滲、循環(huán)和外滲，在遠處器官形成轉(zhuǎn)移前生態(tài)位和轉(zhuǎn)移生態(tài)位，最終導(dǎo)致遠端次生腫瘤的形成，并與原發(fā)腫瘤共存。目前，腫瘤轉(zhuǎn)移的檢測主要集中在次生腫瘤形成時期，往往會導(dǎo)致患者治療效果欠佳、預(yù)后不良等。因此，在更早時期快速且精準定位腫瘤轉(zhuǎn)移靶器官尤為關(guān)鍵。


  近日，聚焦有機室溫磷光在腫瘤成像中的應(yīng)用，Science Advances（《科學(xué)·進展》）在線發(fā)表了武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院、泰康生命醫(yī)學(xué)中心李振/李倩倩課題組與武漢大學(xué)口腔醫(yī)院張玉峰課題組合作的關(guān)于有機室溫磷光納米顆粒檢測腫瘤轉(zhuǎn)移過程的研究，論文標題為“Lighting up metastasis process before formation of secondary tumor by phosphorescence imaging”（《在次生腫瘤形成前通過磷光成像點亮腫瘤轉(zhuǎn)移的過程》）。文中，作者通過高亮度、長壽命的純有機室溫磷光納米顆粒(圖1A)，通過高信噪比的肺部磷光成像，成功檢測到腫瘤轉(zhuǎn)移過程中繼發(fā)腫瘤形成前的微環(huán)境變化，為腫瘤轉(zhuǎn)移的早期診斷提供了新的思路。 


圖1 使用純有機室溫磷光納米顆粒檢測腫瘤轉(zhuǎn)移過程的示意圖。


  得益于在激發(fā)源撤去后能持續(xù)發(fā)光一段時間的特性，有機磷光成像能完美屏蔽生物自身的熒光背景，體現(xiàn)出更高的檢測靈敏度。而且，磷光成像可以在較低的功率密度下，只需控制激發(fā)光源的開和關(guān)就能獲得高信噪比的光學(xué)信號，有望用于腫瘤轉(zhuǎn)移過程的監(jiān)測，實現(xiàn)其早期診斷。該研究團隊制備了基于吩噻嗪衍生物的純有機磷光納米顆粒，特異性地監(jiān)測了原發(fā)腫瘤的肺部轉(zhuǎn)移。該團隊在第0天將H22肝臟腫瘤植入健康BALB/c小鼠的肝臟，建立從肝臟到肺部的腫瘤轉(zhuǎn)移模型。通過肺部磷光成像、顯微CT和組織病理學(xué)檢查，每3至4天同步檢測肺部的轉(zhuǎn)移程度。依據(jù)靜脈注射磷光納米顆粒后3小時的磷光成像結(jié)果，肺部的最大磷光輻射值從第0天到第27天逐漸上升，表明磷光納米顆粒在肺部逐漸富集。第3天，統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，最大磷光輻射強度為1.5 ± 0.1 × 105 p sec-1 cm-2 sr-1，體現(xiàn)出顯著的統(tǒng)計學(xué)差異(P = 0.0321)，作為對照實驗，健康BALB/c小鼠注射磷光納米顆粒后的最大磷光亮度從第0天到第27天基本保持不變。此時，在H&E染色分析中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)移性腫瘤。同時，從顯微CT計算出的肺部體積，和H&E染色的肺部圖像無顯著差異。 


圖2 在小鼠原位肝癌模型中，通過純有機室溫磷光材料成像、CT、組織切片H&E染色檢測腫瘤轉(zhuǎn)移。


  為探究肺部的轉(zhuǎn)移狀態(tài)，該團隊進一步開展了免疫組化實驗：TGF-β、TNF-α和VEGF的表達明顯增強，P值分別為0.0002、<0.0001和0.0005，表明肺部的微環(huán)境已經(jīng)明顯改變，形成了轉(zhuǎn)移前生態(tài)位(Pre-metastatic niches, PMNs)。同時，BCL-2的表達略有增加(P = 0.908)，意味著在轉(zhuǎn)移前生態(tài)位PMNs之后，有少量來自肝癌的循環(huán)腫瘤細胞(CTCs)。因此，通過磷光成像檢測到的腫瘤轉(zhuǎn)移過程是肺部的轉(zhuǎn)移生態(tài)位(Metastatic niches)。 


圖3 小鼠原位肝癌模型中的免疫組織化學(xué) (IHC) 分析。


  在原位肝癌和靜脈注射癌細胞模擬血液腫瘤轉(zhuǎn)移的模型中，于腫瘤植入肝內(nèi)或靜脈注射癌細胞后的第3天，肺部只存在微環(huán)境變化時，就通過磷光成像監(jiān)測到腫瘤的肺部轉(zhuǎn)移。此方法領(lǐng)先于目前已有的熒光成像、磁共振成像、PET-CT等其他影像方法(在次生腫瘤階段才能檢測到)，為早期腫瘤轉(zhuǎn)移的檢測提供了靈敏、簡便的手段，在很大程度上有助于阻止次生腫瘤的形成和可能的惡化，為治愈癌癥提供更多機會。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院博士生常凱和口腔醫(yī)學(xué)院博士生肖樂怡為論文的共同第一作者，研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、學(xué)校科研公共服務(wù)條件平臺和學(xué)校大型儀器設(shè)備共享平臺的支持。


  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf6757

  課題組網(wǎng)站：http://ligroup.whu.edu.cn/

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