钴铁纳米粒子细胞内磁热疗抗骨肉瘤作用及机制的研究

Intracellular magnetic hyperthermia is a new treatment of cancer mediated by magnetic nanoparticles. We will set up an osteosarcoma mouse model with spontaneous lung metastasis and assess the role of cobalt ferrite magnetic nanoparticles in affecting the biological behavior of osteosarcoma through histological studies on tibia and lung tissue. Meanwhile, in vitro assessment of cellular responses, the study will analyze the location and distribution of particles within the cells, detect apoptosis and proliferation of cells,investigate the protein expression changes of apoptosis-related proteins, regulation of apoptosis, specific autophagic marker, MMP-2 and MMP-9, EGFR downstream signaling pathway, MAPK pathway and NF-KB pathway, then explore the molecular biological mechanism of inhibition of tumor proliferation and metastasis. Moreover, we detect material physical characterization and the warming performance of CoFe2O4 under different magnetic field strength, and explore correlation between material characterization properties and biological effects and appropriate magnetic field processing time and intensity. Furthermore, through the establishment of experimental animal model of long-term chronic accumulation of CoFe2O4 in vivo, simulating the exposure of real bodies, we will investigate the correlations between basic parameters and in vivo distribution/elimination; observe the possible biological effects and the corresponding time , location, number and type by histological studies; thus objectively evaluate the body long-term biocompatibility. The study is expected to explore new ideas for exploring new treatment options for osteosarcoma, and play an important role in the target specific tumor treatmentby subsequently.

细胞内磁热疗是经超顺磁性纳米粒子介导的新型肿瘤治疗方案。本研究拟构建胫骨原位骨肉瘤-肺转移裸鼠模型，通过钴铁纳米粒子（CoFe2O4）细胞内磁热疗干预后胫骨原位及肺部组织学变化，探讨对骨肉瘤细胞生物学行为的影响；结合离体细胞水平，观察细胞内粒子空间分布，检测肿瘤细胞凋亡与增殖，分析凋亡相关蛋白、调节凋亡功能蛋白、自噬性死亡特异性标记、MMP-2 及MMP-9、EGFR下游信号通路相关蛋白、MAPK通路相关蛋白、NF-KB通路相关蛋白的表达，探讨抑制肿瘤增殖、转移的分子生物学机制。通过检测CoFe2O4纳米磁流体物理表征、观察不同磁场强度下的升温性能，分析表征特性和生物学效应的相关性以及合适的磁场处理时间和强度。同时，构建CoFe2O4慢性毒理学动物模型，在不同时间点观测多脏器组织学变化，评估长期生物相容性。本研究可望为探索骨肉瘤新型治疗方案开拓新思路，并为后续特异性生物靶向研究奠定基础。

细胞内磁热疗是经超顺磁性纳米粒子介导的新型肿瘤治疗方案。课题组首次研究了CoFe2O4介导的磁热疗在骨肉瘤细胞增殖、凋亡、侵袭及转移中作用，全面分析其在肿瘤复杂的生物学行为中发挥的抗肿瘤效应机制及体内长期生物相容性。通过XRD、FTIR、TGA、SQUID及TEM物理表征检测，制备的 CoFe2O4（10nm）具有化学稳定性优良、机械硬度高、高饱和磁化强度、低矫顽力、良好的亲水性和磁分离特征。同时在浓度5g/L、 磁场强度22.1 kA/ m条件下，具备良好的升温有效性及稳定性。在细胞水平，CoFe2O4纳米粒子（10nm）可高效便捷地进入MG63细胞，而不依赖细胞的吞噬功能。在干预浓度不变情况下，伴随磁场强度的增加，对骨肉瘤细胞生长和转移有抑制作用。其分子机制为，通过下调抗凋亡蛋白Bcl-2及ERK MAPK通路标志蛋白p-ERK，激发caspase级联反应，上调凋亡相关蛋白caspase-3，-9，诱导细胞凋亡；抑制Akt的磷酸化，下调p-AKT表达，发挥抑制骨肉瘤细胞增殖作用；抑制骨肉瘤细胞分泌基质金属蛋白酶，下调MMP-2、MMP-9表达，发挥抑制骨肉瘤的侵袭与转移作用；细胞自噬标记分子 LC3-II的表达水平下降，P65、IKKa表达无差异性，提示抗肿瘤效应不依赖于细胞自噬行为，同时不通过NF-κB途径发挥促细胞凋亡作用。胫骨原位骨肉瘤-肺转移裸鼠体内研究中，伴随重复热疗次数的增加，胫骨原位骨肉瘤的生长受到明显的抑制作用，但并未发现肺转移比例下降。CoFe2O4慢性毒理学动物模型体内研究中，通过对不同实验时间点多脏器组织学变化分析，提示实验浓度下的CoFe2O4在体内具备良好的长期生物相容性。项目的完成将为骨肉瘤的研究提供新的研究思路和平台，并为后续CoFe2O4特异性生物靶向、抗肿瘤药物联合作用的研究发挥重要作用。