南京大學(xué)甄敘、蔣錫群團(tuán)隊《Nano Lett.》: 余輝/光熱雙功能共軛聚合物納米材料用于保乳手術(shù)術(shù)后精確輔助治療和早期復(fù)發(fā)診療
乳腺癌是全球女性群體中最高發(fā)的癌癥類型。保乳手術(shù)(Breast-conserving surgery, BCS)作為一種為早期乳腺癌患者開發(fā)的手術(shù)治療策略，目前已廣泛應(yīng)用于臨床。與全乳切除術(shù)相比，BCS具有侵襲性小、術(shù)后美容效果好等重要優(yōu)勢，然而，BCS術(shù)后需要進(jìn)行輔助全乳放療(whole-breast radiotherapy, WBRT)來根除微小的殘留腫瘤病灶，減少原位復(fù)發(fā)，這種輔助治療方式缺乏成像引導(dǎo)，不可避免地增加了大面積、高破壞性電離輻射誘發(fā)心臟病等并發(fā)癥的風(fēng)險。為解決以上問題，南京大學(xué)甄敘，蔣錫群研究團(tuán)隊報道了一種余輝/光熱雙功能共軛聚合物納米材料 (afterglow/photothermal polymeric nanoparticles, APPN)用于小鼠BCS術(shù)后余輝成像引導(dǎo)的輔助光熱治療。APPN由含有腫瘤靶向基團(tuán)的兩親性長余輝共軛聚合物 (PPV-PEG-cRGD)，長余輝引發(fā)劑 (NCBS)和具有高光熱轉(zhuǎn)換性能的近紅外二區(qū)光熱共軛聚合物(PBBTOT)組成（圖1）。APPN的余輝成像功能可以對小鼠術(shù)后微小殘余腫瘤病灶進(jìn)行精準(zhǔn)定位,繼而利用APPN的近紅外二區(qū)光熱成像功能精確消融定位的微小殘余腫瘤病灶，最大限度地減少電離輻射副作用的同時有效抑制乳腺癌原位復(fù)發(fā)。同時，APPN還可用于小鼠BCS術(shù)后原位復(fù)發(fā)的早期診斷和治療, APPN的長余輝成像功能可以靈敏地在體內(nèi)檢測到還未形成微小實體瘤的復(fù)發(fā)腫瘤細(xì)胞，其檢測靈敏度優(yōu)于傳統(tǒng)的磁共振成像。
圖1. APPN用于BCS術(shù)后成像引導(dǎo)輔助治療和早期復(fù)發(fā)診療示意圖
圖2. APPN特異性靶向腫瘤細(xì)胞和組織穿透光熱殺傷的體外研究
作者使用MCF 10A(正常細(xì)胞) 和4T1(腫瘤細(xì)胞) 兩種細(xì)胞在體外驗證APPN的腫瘤特異性靶向能力。在細(xì)胞與APPN共孵育后分別進(jìn)行了熒光共聚焦成像，流式細(xì)胞分析和細(xì)胞長余輝成像。實驗結(jié)果均表明4T1細(xì)胞較MCF 10A細(xì)胞攝取了更多的APPN，這一實驗結(jié)果不隨孵育時間延長而改變，因此相同數(shù)量的4T1細(xì)胞與MCF 10A細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的長余輝信號差異，這是由于APPN含有的cRGD對乳腺癌細(xì)胞高表達(dá)的內(nèi)皮細(xì)胞整合素alpha v beta 3 (αvβ3)有著強(qiáng)烈的靶向和結(jié)合作用。同時在細(xì)胞層面測試了1064nm激光穿透5 mm組織激活APPN進(jìn)行光熱治療的光熱殺傷能力，結(jié)果顯示光熱殺傷效果顯著。體外實驗的結(jié)果為APPN用于BCS術(shù)后成像引導(dǎo)輔助光熱治療和早期復(fù)發(fā)診療的可行性提供了可靠保障。
圖3. 對4T1-luc荷瘤小鼠APPN 全身給藥后48 h 進(jìn)行成像引導(dǎo)BCS與成像引導(dǎo)BCS術(shù)后光熱輔助治療
作者使用4T1-luc荷瘤小鼠對APPN進(jìn)行成像引導(dǎo)BCS與成像引導(dǎo)BCS術(shù)后光熱輔助治療效果進(jìn)行評估。在APPN腫瘤富集量最大的給藥后48小時對乳腺癌區(qū)域進(jìn)行808nm激光穿透5 mm組織預(yù)激發(fā)，由于APPN長余輝信號的高信噪比，長余輝信號清晰地描繪了乳腺癌病灶所在區(qū)域，成像效果遠(yuǎn)優(yōu)于熒光成像，引導(dǎo)了BCS對實體瘤的切除。H&E染色結(jié)果證明了BCS的成功進(jìn)行(剝離實體瘤剝離至病灶與正常組織交界)。BCS術(shù)后殘余微小腫瘤的長余輝信號依然能被成像系統(tǒng)靈敏捕獲，點亮了殘余腫瘤病灶所在區(qū)域，精準(zhǔn)引導(dǎo)了BCS術(shù)后輔助光熱治療。在1064nm激光穿透5 mm組織照射下，殘余腫瘤病灶區(qū)域出現(xiàn)了顯著溫度上升，光熱治療溫度為50℃(未進(jìn)行手術(shù)，只進(jìn)行光熱治療實驗組光熱治療溫度為55℃)。至此，APPN的長余輝成像與近紅外二區(qū)光熱治療性能被證實可順利進(jìn)行BCS術(shù)后成像引導(dǎo)的輔助光熱治療。
圖4. 螢光素成像與H&E染色評估BCS術(shù)后成像引導(dǎo)光熱輔助治療的預(yù)后效果
作者分別對Control組，NIR-II PTT組，BCS組和BCS+NIR-II PTT組4T1-luc荷瘤小鼠進(jìn)行螢光素成像分析預(yù)后15天的乳腺癌發(fā)展進(jìn)程。分析結(jié)果顯示，除BCS+NIR-II PTT組外，其他實驗組小鼠均未能抑制腫瘤生長或出現(xiàn)了一定程度的原位復(fù)發(fā)和肺轉(zhuǎn)移，表明BCS術(shù)后成像引導(dǎo)光熱輔助治療獲得了良好的預(yù)后效果，成功抑制了乳腺癌的原位復(fù)發(fā)。同時，各組織器官H&E染色結(jié)果表明，應(yīng)用APPN進(jìn)行的BCS術(shù)后成像引導(dǎo)光熱輔助治療對小鼠的生理健康無明顯毒副作用。
圖5. APPN應(yīng)用于BCS術(shù)后早期復(fù)發(fā)診療及與磁共振檢測早期復(fù)發(fā)對比
本文中APPN同樣被成功應(yīng)用于BCS術(shù)后早期原位復(fù)發(fā)的診斷與治療。BCS術(shù)后每三天進(jìn)行一次APPN全身給藥和手術(shù)區(qū)域的長余輝信號檢測。在BCS術(shù)后第6天，長余輝信號平均值出現(xiàn)較第0天的顯著性變化，同時該區(qū)域長余輝信號信噪比 (SBR)也較第0天出現(xiàn)顯著性變化預(yù)示著檢測到乳腺癌原位復(fù)發(fā)。此時通過螢光素成像確認(rèn)原位復(fù)發(fā)的發(fā)生，實驗結(jié)果顯示APPN長余輝信號對原位復(fù)發(fā)出現(xiàn)的診斷正確，且與螢光素信號(定位4T1-luc細(xì)胞)顯示出高度共定位。H&E染色顯示這種早期復(fù)發(fā)檢測方式早于微小的實體瘤的形成，同時磁共振成像(MRI)結(jié)果顯示APPN的長余輝早期復(fù)發(fā)檢測遠(yuǎn)早于MRI影像中的形態(tài)學(xué)復(fù)發(fā)診斷。復(fù)發(fā)病灶富集的APPN在1064nm激光照射下進(jìn)行光熱升溫，在復(fù)發(fā)早期就成功抑制了乳腺癌的原位復(fù)發(fā)。
研究結(jié)果表明，APPN成功應(yīng)用于長余輝成像引導(dǎo)的BCS術(shù)后光熱輔助治療和BCS術(shù)后早期原位復(fù)發(fā)的診斷和復(fù)發(fā)抑制，均取得了良好的預(yù)后效果。該研究成果以“Afterglow/photothermal bifunctional polymeric nanoparticles for precise post-breast-conserving surgery adjuvant therapy and early recurrence theranostic”為題發(fā)表在Nano Letters。論文第一作者為南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生瞿銳和南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院碩士何豆豆，通訊作者為南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院甄敘研究員和蔣錫群教授及南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院王守巨主任醫(yī)師。南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院腫瘤中心李茹恬主任醫(yī)師為本研究工作的小鼠磁共振成像等動物實驗提供了幫助。本研究工作得到國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學(xué)基金，中央高；究蒲谢鸬软椖抠Y助。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.3c00191
下載：Afterglow/photothermal bifunctional polymeric nanoparticles for precise post-breast-conserving surgery adjuvant therapy and early recurrence theranostic
