用于肿瘤逆转的新型可注射生物活性水凝胶材料的研究

近年来的研究表明，胚胎组织的微环境可通过表遗传学机制使肿瘤细胞逆向转化为表型正常的细胞，这一过程主要是通过抑制肿瘤细胞中不受调控的nodal信号蛋白的过度表达实现的。针对这样的发现，有研究者提出在体外模拟该系统用于肿瘤治疗的研究设想。为此，本研究采用胚胎细胞外基质的主要成分透明质酸和IV型胶原为基本材料，将透明质酸和IV型胶原中的活性肽段通过化学交联的方法设计成可注射的水凝胶，来模拟胚胎发育的物理微环境，并将nodal受体-cripto的封闭抗体接枝到水凝胶的骨架上，来模拟胚胎发育中逆转肿瘤的生物学微环境。该系统的特点是，凝胶可以注射到肿瘤部位，固化形成不溶的胶体，接枝的抗体会从凝胶中缓释出来，在局部形成逆转肿瘤的微环境。并以乳腺癌细胞为模型，研究该生物活性水凝胶对于癌细胞表型的逆转。通过研究期望研制出一种新型的生物活性水凝胶材料用于肿瘤的逆向转化，为肿瘤的治疗开辟新的途径。

由于肿瘤细胞具有丧失接触抑制，增殖能力强，细胞骨架紊乱、高侵袭性和转移性等特点，一直影响着有效地临床治疗。肿瘤治疗的方法有常规疗法包括手术治疗、放射治疗、化学治疗和抗癌药物，生物疗法包括细胞因子、单克隆抗体、肿瘤疫苗和免疫活性细胞的过继性免疫治疗，基因疗法以及肿瘤的光动力疗法。但是，以上治疗方案面临诸如副作用大和容易复发等缺点严重降低肿瘤的临床疗效，为此，本课题研究者致力于寻找肿瘤治疗的新靶标，新思路。有鉴于此，在研究设计上，本人充分考虑了利用胚胎微环境和肿瘤发生中的表遗传学改变的生物学理论，同时有机结合了生物医学材料的研究原理，研究思想充分体现了跨学科知识的集成。本课题以HA 为基本框架材料模拟胚胎的细胞外基质，将nodal的受体cripto的封闭抗体通过化学接枝的手段固定到HA 高分子骨架上，模拟胚胎发育的信号系统，并用IV型胶原的中抗肿瘤的活性多肽对HA进行交联，研制一种新型的可注射的水凝胶材料，在体外构建一个人工的生物微环境，用来对恶性肿瘤细胞进行逆向转化治疗。通过对水凝胶材料流变学、孔隙率、显微形貌的研究及肿瘤细胞三维培养后显微形貌的观察，该水凝胶系统能够作为体外肿瘤逆转研究的理想支架材料。选用人乳腺癌细胞系MCF-7细胞系作为快速增殖而不具有侵袭性代表，MDA-MB-231乳腺肿瘤细胞系作为侵袭和转移性肿瘤细胞的代表。体外检测该水凝胶系统对乳腺癌细胞恶性表型的影响。体外实验结果表明，水凝胶系统能有效逆转肿瘤细胞的恶性表型，促进线粒体膜电位下降、细胞凋亡，降低细胞的侵袭性。利用小动物活体成像技术对于凝胶的体内降解进行了研究，表明该凝胶在体内的降解持续10天。分别利用黑色素肿瘤细胞B16和MDA-MB-231制备了荷瘤鼠模型，并对水凝胶系用于荷瘤鼠肿瘤模型肿瘤逆转治疗的有效性进行研究。液态凝胶可以注射到肿瘤部位，并在瘤体内固化形成不溶的胶体，局部形成逆转肿瘤的微环境。该水凝胶系统能显著减小MDA-MB-231肿瘤的体积，并在注射后38天，实验组部分小鼠瘤体消失；并有效抑制恶性程度高的B16肿瘤的生长。本课题研制出一种新型的生物活性水凝胶材料用于肿瘤的逆向转化治疗，为肿瘤的治疗开辟了新的途径。本课题共发表SCI 论文3篇，申请国家发明专利1项，指导硕士研究生5名。