基于肿瘤细胞黏附迁移的仿生纳米载药体系用于肿瘤多模式成像及联合治疗的研究

Nanomedicine is developed by the combination of nanotechnology and biomedical science, and has displayed great potential for the application of cancer diagnosis and therapy. Cancer cell adhersion molecules (CAM) are highly expressed in cancer cell membrane and have the ability for recognizing and adhering to cancer cells or extracellular matrix in tumor region. The chemical design of CAM-based nanosystem can provoke the targeting ability of nanosystem to tumor region in vivo. Herein, a cancer cell membrane (CCM)-coated nanosystem was fabricated by the sequentially assembly of nuclear magnetic resonance contrast agent, chemotherapeutic drug and photothermal agent into the leukemic membrane. In this program, the biodistribution of CCM-coated nanosystem was studied by performing nuclear magnetic resonance imaging and photoacoustic imaging. Besides, the anticancer ability and systemic toxicities of this nanosystem were evaluated after the combined treatment of chemotherapy, radiotherapy and photothermal therapy. What's more, the signaling pathway involved in the process of nanosystem-caused cell death was fully elaborated to provide scientific basis for the development of next-generation multifunctional biomimetic nanomedicine.

现代纳米医学将纳米技术与生物医学相互融合，在肿瘤诊断和治疗方面拥有广阔的应用前景。肿瘤细胞高表达肿瘤黏附分子，可通过定向黏附远端肿瘤细胞或细胞外基质实现对肿瘤组织的锚定与迁移。因此，基于肿瘤细胞黏附迁移的特点对纳米材料进行靶向设计可提高其对肿瘤组织的整体靶向作用。为了实现这一目标，本项目拟选取白血病细胞膜为天然肿瘤靶向载体，包覆装载了核磁共振造影剂、光热响应介质和化疗药物的纳米粒子，得到兼具肿瘤诊断与治疗效果的靶向性仿生纳米载药体系。在本项目的研究中，我们将结合核磁共振成像技术与光声成像技术揭示靶向性仿生纳米载药体系的体内分布特点，联合化疗、放疗与光热治疗手段提高靶向性仿生纳米载药体系的体内抗肿瘤活性，综合评价靶向性仿生纳米载药体系的系统毒性，深入阐述靶向性仿生纳米载药体系抑制肿瘤生长所涉及的信号通路，为进一步开发靶点清楚、作用机制明确的多功能仿生纳米诊疗药物提供科学依据。

开发针对癌症的精确诊断及靶向治疗是提高治愈率及改善患者生存质量的关键手段。因此，发展精确、高效、无毒的治疗手段是现代医学的主要目标。纳米医学技术融合了医学、化学与工程学的优势，为同时实现精准成像与靶向治疗带来了崭新的思路和方法。纳米粒子具有光、声、热、磁、电等特殊性质，可以将不同诊断技术和治疗功能集合在一个纳米体系内，为实现疾病诊疗一体化提供有效的检测和治疗手段。在本项目中，选取了白血病细胞膜为天然肿瘤靶向载体，顺序装载了核磁共振造影剂氧化铁纳米粒子、光热响应介质吲哚菁绿和化疗药物阿霉素，得到了兼具肿瘤诊断与治疗效果的靶向性仿生纳米载药体系（CCM/IDINPs）。癌细胞膜表面保留了完整的细胞粘附分子和癌表面抗原，使纳米系统具有肿瘤归巢能力和天然的生物相容性。在核磁共振成像/近红外成像的指导下，CCM/IDINPs准确地聚集在肿瘤区域，并在近红外光的照射下产生热量，改善了肿瘤区域的乏氧情况，进而提高了放疗效果。机制研究表明，CCM/IDINPs联合热疗与放疗能促进肿瘤相关巨噬细胞从M2表型极化为抗肿瘤的M1表型。该联合治疗不会在主要器官中引起毒性副作用。本课题的研究结果将为开发具有高效诊疗作用的肿瘤靶向性仿生纳米载药体系提供科学依据。