新型纳米超声造影剂：精准诊断与高效治疗肝癌的新突破

新型纳米超声造影剂：精准诊断与高效治疗肝癌的新突破

晚期肝癌是最致命的恶性肿瘤之一，传统的治疗方法往往难以取得理想的效果。近年来，纳米医学的发展为肝癌治疗带来了新的希望。本研究开发了一种新型纳米超声造影剂，不仅能够实现精准的超声成像，还能通过协同化学光热疗法和增强免疫疗法，有效抑制肝癌及其转移。

研究背景与意义

晚期肝癌是最致命的恶性肿瘤，由于肿瘤的复杂性和异质性，临床治疗效果并不十分理想。联合治疗可以通过刺激多条途径，调节肿瘤免疫微环境，有效地提高肿瘤的治疗效果。纳米给药系统已经成为肝癌治疗联合策略的有吸引力的候选者。

研究设计与方法

本研究开发了一种纳米超声造影剂（三氧化二砷(ATO)/PFH NPs@Au-cRGD），将诊断和治疗集成在一起，以实现有效的超声成像和肝癌治疗。这种纳米递送系统通过ATO诱导的铁下垂和光热诱导的免疫原性细胞死亡来促进肿瘤相关抗原的释放，从而增强ATO和光热治疗在人Huh7和小鼠Hepa1-6细胞中的协同效应。

纳米粒子的物理化学特性与成像能力

研究者以DSPE-PEG2K为骨架，构建适体功能化的核壳纳米粒子，以ATO和PFH为核心，以AuNPs为外壳。DSPE-PEG2k-SH、DOTAP、DPPC和胆固醇形成脂质膜负载ATO和PFH，合成ATO/PFH NPs。然后，RGD-SH 通过 SH 键与金壳结合。透射电子显微镜 (TEM) 证实了 AuNPs 沉积在脂质体表面（图 1A）。水溶液中的流体动力学直径为 121 ± 5 nm，Zeta 电位为 10.47 ± 1.20 mV（图 1B）。浓度分析表明，ATO/PFH NPs@Au-cRGD 的尺寸范围约为 100-150 nm（图 1C）。

图1 ATO/PFH NPs@Au-cRGD在超声和光热辅助下治疗肝癌及转移的示意图

药物释放曲线显示，在pH 6.5的UTMD作用下，ATO NPs-cRGD在7天时释放率高达85.3%±0.4%，但在12小时时释放率约为62.4%±0.4%。此外，在超声治疗仪和低酸性TME（pH 6.5）的帮助下，ATO可以有效释放。体内和体外成像实验表明，ATO/PFH NPs@Au-cRGD具有良好的超声成像能力（图 2H）。

图2. NPs的物理化学特性、体外和体内超声成像功效以及光热能力

细胞摄取与细胞毒性

研究者评估了纳米粒子在Huh7和Hepa1-6细胞的摄取能力。结果显示，在Huh7和Hepa1-6细胞系中，Rhod NPs-cRGD+UTMD组的细胞内荧光强度最高，说明由于cRGD-SH和UTMD的修饰，纳米粒子的吸收明显增加。CCK8实验表明，ATO/PFH NPs@Au-cRGD+UTMD+激光组的细胞活性显著降低，在UTMD和激光作用下抗增殖作用最强（p < 0.05；图 3G，H）。

图3 ATO/PFH NPs@Au-cRGD的细胞摄取和细胞毒性

铁死亡诱导机制

研究者评估了不同制剂对Huh7和Hepa1-6细胞系中的GSH水平的影响。ATO NPs@AucRGD + UTMD +激光组的GSH水平最低，表明该纳米递送系统可以有效诱导GSH耗竭（图 4A）。流式细胞术和荧光强度定量分析显示，ATO NPs@Au-cRGD + UTMD +激光处理后，ROS水平最高（p <0.001）（图 4B，C）。免疫荧光图像显示了类似的结果（图 4D），揭示了ATO的存在导致ROS水平升高和GSH耗竭。

图4. ATO/PFH NPs@Au-cRGD诱导铁死亡的机制

肿瘤靶向性与抗肿瘤活性

活体成像研究证实了NPs的肿瘤靶向作用。Dir NPs-RGD组在48 h时肿瘤内累积生物发光更高，提示RGD-NPs具有更好的肿瘤靶向能力。小鼠肿瘤重量数据显示，ATO NPs@Au-cRGD+UTMD+激光组的抑瘤效果最好，抑瘤率为79.1%（图 5D），且小鼠体重相对稳定，表明该纳米药物载体能有效抑制肿瘤生长，且毒性、副作用小。

图5 ATO NPs@Au-cRGD+UTMD+laser对Huh7荷瘤小鼠的肿瘤靶向性和抗肿瘤活性

免疫反应

研究者通过流式实验探究了ATO NPs@Au-cRGD的体内体外免疫反应。结果显示，ATO NPs@Au-cRGD+UTMD（4.08）和ATO NPs@Au-cRGD+UTMD+laser（6.33）组的M1/M2比例均显著高于PBS组（1.98），提示ATO NPs@Au-cRGD+UTMD+laser可有效促进TME中M2型巨噬细胞复极化为M1型巨噬细胞。此外，纳米递送系统显着上调了Huh7肝肿瘤中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和干扰素-α（IFN-α）的水平（图 6D，E）。

图6. ATO NPs@Au-cRGD+UTMD+laser引发的体外免疫原性细胞死亡和体内免疫反应

原位肝肿瘤的抗肿瘤和抗转移作用

超声成像监测显示，PBS组肝癌原位生长迅速，而联合用药的原位抑瘤率可达82.5%（图 7B）。联合治疗组小鼠淋巴结中 CD11c+CD80+CD86+ 细胞 (43.23% ± 4.43%) 显著高于对照组 (26.63% ± 2.71%)、抗 PDL1 mAb 组 (30.3% ± 2.09%) 和 ATO NPs@Au-cRGD+UTMD+激光组 (34.3% ± 5.51%；图 7C )，提示联合治疗可有效刺激 DCs 成熟，激活全身免疫活动。

图7. 对原位肝肿瘤的抗肿瘤和抗转移作用

结论

该研究开发的纳米超声造影剂不仅能够实现精准的超声成像，还能通过协同化学光热疗法和增强免疫疗法，有效抑制肝癌及其转移。与PD-L1抗体结合，ATO/PFH NPs@Au-cRGD纳米药物递送系统可以通过激活全身免疫有效抑制肝脏原位肿瘤并抑制肺转移。这些数据支持多种治疗相结合的概念，为未来研究解决肝癌治疗的临床需求奠定了基础，并可能对肝癌以外的其他实体肿瘤的治疗产生影响。

本文原文来自Advanced Science期刊，DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202300878