可注射磁性水凝胶通过多程序性细胞死亡及代谢重编程实现肝细胞癌磁热疗的深度肿瘤消退

本研究针对肝细胞癌(HCC)治疗手段有限的问题，开发了一种新型可注射温敏磁性水凝胶mPEG-b-PLV-Fe3O4 Hybrids。研究人员通过整合磁热疗(MHT)与磁共振成像(MRI)导航功能，证实该体系在交变磁场(AMF)作用下可诱导铁死亡、自噬和凋亡三重细胞死亡，并通过抑制SLC7A11表达重塑胱氨酸-谷胱甘肽代谢轴。该研究为肝癌治疗提供了兼具诊断与治疗功能的一体化新策略，具有重要临床转化价值。

　　

肝细胞癌(HCC)作为全球癌症相关死亡的第三大原因，其发病率的持续上升对全球预期寿命的提升构成了重大障碍。当前常规治疗方式存在疗效不可预测和严重副作用等固有缺陷，因此迫切需要开发创新性的微创抗癌策略。磁热疗(MHT)作为一种新兴的非侵入性治疗方式，通过利用磁性纳米颗粒(MNPs)在交变磁场(AMF)作用下产生局部热量的特性，能够实现无深度限制的肿瘤消退。在各类磁性纳米颗粒中，超顺磁性Fe₃O₄纳米颗粒因其高生物相容性、优异稳定性和良好磁响应性，已成为生物医学领域的领先候选材料。然而，充分发挥Fe₃O₄在MHT中的潜力需要解决靶向递送、局部滞留和在肿瘤部位可控释放等关键挑战。

针对这些挑战，研究人员开发了基于温敏水凝胶的递送平台。水凝胶因其可调节的理化特性和卓越的生物相容性而被认为是生物医学应用的有前景平台。特别是可生物降解的热凝胶水凝胶，因其对温度变化的可逆溶-凝胶相转变特性而受到广泛关注。这种独特性质使其能够在室温下以液态存在，在生理条件下转变为凝胶状态，为微创药物递送和局部治疗干预提供了潜力。

在这项发表于《Materials Today Bio》的研究中，Linxue Zhang、Xing He、Ziyan Wang等研究人员报道了一种可注射的磁性水凝胶构建体mPEG-b-PLV-Fe₃O₄ Hybrids，首次将其作为MHT中的热回归剂。研究人员采用经皮热疗作为治疗兔模型肝肿瘤的微创策略，通过体外和体内研究证据证明，该体系在磁场下通过诱导大量ROS积累、严重脂质过氧化和线粒体损伤，共同触发三种细胞死亡形式：铁死亡(ferroptosis)、自噬(autophagy)和凋亡(apoptosis)。

研究采用的主要技术方法包括：超顺磁性Fe₃O₄纳米颗粒的合成与表征、温敏性mPEG-b-PLV共聚物水凝胶的制备、磁性水凝胶复合物的构建与性能测试、细胞水平的多重细胞死亡机制研究、小鼠和兔VX2肿瘤模型的体内疗效评估、代谢组学分析胱氨酸-谷胱甘肽代谢通路变化，以及超声引导下的经皮介入治疗技术。实验使用了SNU423、H1299、A549等多种癌细胞系，并建立了SCID小鼠皮下移植瘤模型和兔VX2原位肝肿瘤模型。

2.1. 均匀Fe₃O₄和共聚物mPEG-b-PLV水凝胶的制备与分析

通过TEM分析显示Fe₃O₄纳米颗粒呈均匀球形且具有高单分散性，平均直径为12.71±0.86 nm。SAED电子衍射图像进一步证实了其晶体结构，XRD图谱验证了相纯度和结晶度。磁性测量证实颗粒具有显著的超顺磁性，饱和磁化强度为31.43 emu/g。mPEG-b-PLV水凝胶的SEM显示其具有3D多孔微结构，¹H NMR和GPC分析证实了共聚物的成功合成和分子特性。

2.2. 温敏mPEG-b-PLV-Fe₃O₄ Hybrids的表征与功能分析

SEM显示获得的磁性Hybrids具有多孔互连网络结构，EDS元素映射证实了铁在复合水凝胶中的均匀分布。FTIR光谱证实了mPEG-b-PLV-Fe₃O₄ Hybrids的成功合成，流变学测量显示在39°C时发生温度诱导的溶-凝胶转变。

2.3. mPEG-b-PLV-Fe₃O₄ Hybrids的治疗诊断性能：集成磁热疗和MRI对比增强

红外热成像显示在AMF(324 Oe, 270 kHz)下具有浓度依赖性温度升高，1000 μg/mL浓度在5分钟内达到41°C以上。体内研究显示皮下注射后局部温度升高12-15°C。作为MRI对比剂，体外研究表明Hybrids表现出强烈的浓度依赖性T₂对比增强，横向弛豫率(1/T₂)与铁浓度呈线性相关。

2.4. Hybrids介导的磁热疗处理触发癌细胞中的强烈细胞死亡

TEM结果显示AMF+Hybrids促进了强烈且多样的细胞死亡，包括铁死亡和凋亡。流式细胞术检测显示Hybrids介导的磁热疗处理绝对诱导了大量ROS积累，引起严重脂质过氧化和几乎100%的细胞死亡。在多种癌细胞系中均观察到类似效果。

2.5. Hybrids介导的磁热疗处理通过破坏线粒体功能促进体内肿瘤消退

小鼠异种移植模型显示Hybrids介导的磁热疗处理不会改变体重，但与肿瘤体积和相对肿瘤重量的显著减少相关。TEM分析肿瘤进一步证实AMF+Hybrids可引发强大的细胞死亡。线粒体功能研究表明AMF+Hybrids引起线粒体损伤，抑制基础呼吸和最大呼吸能力。

2.6. 超声引导下Hybrids介导磁热疗处理的体内评估

在兔VX2原位肝肿瘤模型中，超声引导下经皮注射磁性Hybrids后实施AMF诱导的轻度热疗。超声和MRI监测显示治疗组肿瘤明显消退，组织学分析显示良好的生物安全性。

2.7. Hybrids介导的磁热疗处理通过促进SLC7A11蛋白降解重塑半胱氨酸代谢

代谢组学分析显示AMF+Hybrids组在代谢特征上存在显著差异，谷胱甘肽和半胱氨酸代谢通路是最显著受影响的通路。研究发现AMF+Hybrids显著下调了谷胱甘肽代谢的关键中间体，包括半胱氨酸、甘氨酸和γ-谷氨酸-半胱氨酸。机制研究表明AMF+Hybrids通过促进SLC7A11蛋白降解来抑制癌细胞存活，从而限制正常的半胱氨酸代谢并破坏GSH抗氧化系统。

研究结论与讨论部分强调，该研究成功合成了温敏可注射磁性水凝胶平台mPEG-b-PLV-Fe₃O₄ Hybrids，首次在MHT中构建了这种体系。该Hybrids在AMF暴露下39°C实现溶-凝胶转变，延长了在肿瘤部位的滞留时间。开发的Hybrids表现出优异的磁热性能，达到41°C以上，适合温和热疗。值得注意的是，mPEG-b-PLV-Fe₃O₄ Hybrids在磁场激活下表现出广谱抗癌功效。机制研究表明，该体系通过诱导线粒体依赖的三重细胞死亡（铁死亡、自噬和凋亡）发挥抗癌作用。更重要的是，研究发现Hybrids通过降低SLC7A11表达来抑制癌细胞存活，从而限制正常的半胱氨酸代谢和破坏GSH抗氧化系统。

通过将MHT与MRI引导的可视化技术协同整合，该系统建立了一个能够实现空间和时间可控肿瘤消退的闭环治疗诊断范式。这项工作不仅代表了癌症治疗诊断学的重要进展，而且为磁热疗介导的细胞死亡的分子机制提供了新的见解。该研究为肝细胞癌的治疗提供了一种新型的、高效的治疗策略，具有重要的临床转化前景。