微环境响应增强的纳米诊疗体系抑制胶质瘤术后复发的实验研究

Glioblastoma (GBM) can not be completely resected and can easily relapse due to its highly invasive growth pattern. Bevacizumab (BEV) is an important strategy for salvage therapy against recurrent GBM. Regrettably, multiple characteristics (hypoxia, acidification, high reactive oxygen) of the tumor microenvironment (TME) often jointly lead to treatment resistance. In the present project, biomimetic theranostic nanosystem (EHMnBNCs) is constructed, with albumin biomineralized manganese dioxide nanosheets serving as the TME intervention module, epidermal growth factor-like domain-1 from coagulation factor Ⅶ and BEV serving as the targeting molecules. Based on human primary GBM cells and patient-derived xenograft surgical resection mouse model, EHMnBNCs can be efficiently delivered to the tumor residual region attributed to the hypercoagulability of the postoperative tumor area and the blood-brain barrier penetrating characteristics of the nanosystem: observe the dual-targeting mediated and TME-responsive MRI enhancement features, and explore its ability for specific visualization of tumor infiltrative components; evaluate the efficiency of EHMnBNCs on comprehensive TME improvement, tumor malignant phenotype inhibition, and suppression of postoperative recurrence; delineate the “image targets” map and clarify the pathologic basis and possible molecular mechanisms of intervention-induced imaging characteristics. The project will strengthen the understanding of tumor treatment resistance and recurrence mechanisms, and provide innovative avenues for the development of precise theranostic nanosystem postoperatively.

胶质母细胞瘤（GBM）呈高度浸润性生长，手术无法完全切除且极易复发。贝伐单抗（BEV）是补救性治疗复发性GBM的重要策略，但肿瘤微环境（TME）的多种特征（缺氧、酸化、高活性氧等）常共同导致治疗抵抗。项目拟以白蛋白生物矿化的二氧化锰纳米片为TME干预模块，以凝血因子Ⅶ的表皮生长因子样结构域-1和BEV为靶向分子，在构建仿生纳米诊疗体系EHMnBNCs的基础上，采用患者原代肿瘤细胞构建小鼠原位肿瘤术后复发模型，利用术后瘤区高凝状态及纳米体系可穿透血脑屏障的特性，将EHMnBNCs高效递送至肿瘤术后残留区域：观测双元靶向介导及TME响应增强的MRI强化特征，特异性识别肿瘤浸润性组分；评价综合改善TME、抑制肿瘤恶性表型及术后复发的效果；绘制“影像靶标”图谱，明确干预所致影像改变的病理基础和可能的分子机制。项目将加深对肿瘤术后治疗抵抗和复发机制的理解，为构建GBM术后诊疗一体化体系提供新途径。

胶质母细胞瘤（GBM）呈高度浸润性生长，手术无法完全切除且极易复发。贝伐单抗（BEV）是补救性治疗复发性GBM的重要策略，但肿瘤微环境（TME）的多种特征（缺氧、酸化、高活性氧等）常共同导致治疗抵抗。因此，本研究致力于通过研发TME响应并可搭载抗血管药物的新型纳米综合诊疗体系应用于小鼠原位术后复发胶质瘤模型治疗，并通过多模态MRI新技术及图像分析方法评估该体系治疗效果。研究成果如下：(1）合成了具有双价态的肿瘤微环境响应增强的具有优良生物相容性的纳米体系RGD-BMnNPs，并利用其装载 Cy5 荧光标记的抗血管生成治疗靶点VEGFA的siRNA，实现了TME响应增强的MRI/荧光双模态成像以及siRNA的高效递送，同时通过RGD-BMnNPs实现 TME 缺氧、酸化及高 H2O2 的综合改善，增强抗肿瘤血管效果。（2）研究发现双靶向 VEGF 与血管内皮糖酵解激活因子PFKFB3 治疗策略能够协同增强对 GBM 的抗肿瘤作用和血管正常化（TVN）效应，进而持续改善缺氧、酸性 TME，可为提高化疗增效提供持续的机会时间窗。IVIM-MRI 参数D*可有效评价双靶向抗血管治疗响应。（3）优化并较为稳定的构建了患者来源的异体移植瘤模型（PDX），通过转录组测序发现BMPER、CXCL10以及HOXA9等基因通过促进肿瘤血管新生而促成原代肿瘤模型早期的生长与进展，有可能成为抗血管治疗的新靶点。同时，灌注参数rCBV、rCBF、Vp及Ktrans可以作为影像标志无创性评估瘤内BMPER、CXCL10及HOXA9的表达水平。（4）通过生境技术（HTS）可完成DSC-MRI参数图像不同血流生境的切割，进一步发现不同生境区域的参数特征对于胶质瘤恶性程度及IDH突变状态具有良好的预测能力。这些结果对GBM抗血管生成治疗靶点筛选、小鼠原位肿瘤模型的优化、诊疗一体化纳米体系的研发以及其在实验及临床中的MRI评估提供实验依据，这对于进一步探索胶质瘤患者的个体化精准诊疗策略具有重要的科学意义和应用价值.. 项目的研究工作按照申请书的计划进行，取得了较好的进展和成果，培养了多名在相关领域从事科研工作的研究生，达到了预期目标。项目组成员已发表发表相关论文11篇，其中SCI论文9篇，国内重要期刊论文2篇，其它多项研究成果正在陆续整理发表中。