EGFR单抗耦合纳米金对小鼠头颈鳞癌光热靶向治疗的优化和安全性评估

Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) ranked seventh among the most aggressive tumors in our country and its incidents is increasing. Clinical studies showed that the development of treatment methods hasn’t been able to substantially improve the survival rate of the patients in the past decades. Overexpression of the EGFR is a strong and independent unfavorable prognostic factor in HNSCC. Cetuximab, a monoclonal antibody against EGFR, has been clinically applied to treat HNSCC. Gold nanoparticles exhibit unique physicochemical properties including surface plasmon resonance (SPR) and the ability to bind amine and thiol groups, allowing surface modification and use in biomedical applications, especially for cancer diagnosis and therapy. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) has been developed by using the heat generated from gold nanoparticles absorbing the light near infrared region (NIR) from 650 nm to 1000 nm, where tissue penetration of human tissue by light is maximal. Our previous study showed that gold nanorod conjugated with EGFR antibody (EGFRmAb-AuNRs) could selectively accumulate within tumor cells in vitro. In this research, we will further investigate that EGFRmAb-AuNRs could selectively accumulate within tumor cells of HNSCC in mice. We will optimized the therapy combining EGFRmAb-AuNRs and NIR radiation to achieved the best treatment effects. At the same time, the safety of this combined therapy would be robustly investigated to insure this new treatment method meets further clinical trial criteria. Our research will provide the standing stone for further investigate the clinical application of this new therapeutic method and open the new avenue for treatment of human HNSCC.

头颈鳞癌位列我国全身恶性肿瘤发病第七位，且发病率逐年上升。临床研究显示，多年来头颈癌治疗方式的不断发展并没有使中晚期头颈鳞癌的生存率得到实质性提高。高表达的表皮生长因子受体（EGFR）是头颈鳞癌预后不良的一个很强的独立因素。金纳米微粒易于制备，具有独特的光学性质和生物亲和效应，因而广泛应用于肿瘤诊断和治疗的研究，并发展出基于金纳米微粒表面等离子体共振产生高效光热转换原理来杀灭肿瘤的治疗方式，即等离子体共振光热治疗。我们前期工作表明EGFR单抗与纳米金棒结合物能以内吞的方式大量进入体外癌细胞，并在近红外激光照射下可以高效杀伤癌细胞。本项目将进一步证明EGFR单抗与金纳米棒的共轭物在头颈鳞癌裸鼠移植瘤中选择性富集并进入癌细胞内，在此基础上优化EGFR单抗与金纳米棒光热作用靶向治疗头颈鳞癌裸鼠移植瘤的条件和程序以获得最佳疗效，同时进行系统的安全性评价，为探索治疗人头颈鳞癌的新方法提供依据和基础。

金纳米微粒易于制备，具有良好的稳定性、独特的光学性质和生物亲和效应，因而广泛应用于肿瘤诊断和治疗的研究，并发展出基于金纳米微粒表面等离子体共振产生高效光热转换原理来杀灭肿瘤的治疗方式，即等离子体共振光热治疗。本课题在前期研究的基础上，以头颈鳞癌作为研究对象，采用EGFR抗体为功能化修饰物对金纳米棒进行表面修饰，靶向肿瘤细胞，在透射电镜下观[察金纳米棒在肿瘤细胞和组织中的富集和分布情况。设计不同热负荷刺激模式，在NIR激光照射下金纳米棒共轭溶液温度升高情况，检测细胞存活率和凋亡、坏死率，建立纳米金棒光热诱导体外头颈鳞癌细胞不同模式死亡体系。以理想热负荷刺激模式为参考中心，观察特定热负荷 NIR 激光照射条件下细胞溶酶体/线粒体结构和功能变化。运用溶酶体功能相关抑制剂处理细胞，阻断溶酶体/线粒体轴，观察溶酶体/线粒体阻断对凋亡的影响。进一步构建体内动物模型和不同状态金纳米棒在头颈鳞癌裸鼠移植模型体内的动力学分布。观察三种不同状态的金纳米棒（AuNRs、PEG2000-AuNRs、EGFRmAb-AuNRs）瘤体注射药物不同时间后进行活体成像，观察纳米金在小鼠体内的分布，通过相关检测评价金纳米棒光热诱导不同死亡模式下头颈鳞癌小鼠移植瘤的安全性。本研究团队成功构建PGE2000/AuNRs和EGFRmAb/AuNRs体系，成功建立了稳定可控功能化金纳米棒光热诱导头颈鳞癌凋亡和坏死反应体系，进而检测反应体系中线粒体和溶酶体结构功能的改变，探讨凋亡、坏死途径；进一步通过阻断溶酶体/线粒体通路，探讨溶酶体/线粒体轴向调节对凋亡和坏死的影响，研究金纳米棒光热诱导头颈鳞癌凋亡和坏死的机制。成功构建了裸鼠体外头颈鳞癌移植模型，对不同状态金纳米棒在头颈鳞癌裸鼠移植模型体内分布的动力学和不同死亡模式下头颈鳞癌小鼠移植瘤局部组织损伤进行研究。我们的研究结果提示EGFR修饰的AuNRs具有很好的肿瘤组织靶向性及生物相容性，在特定热负荷 NIR 激光照射条件下可诱导癌细胞凋亡，达到杀灭肿瘤的目的，且安全性高，有望成为治疗头颈部肿瘤的新方法。