可编程巨噬细胞极化纳米颗粒用于MRI引导的肺转移瘤早期检测与治疗

本研究针对肺转移瘤早期检测困难、传统诊疗方法灵敏度不足的临床挑战，开发了具有双阶段巨噬细胞重编程功能的CaCO3@quercetin-Mn核壳纳米颗粒（CQM NPs）。该纳米平台通过初始M2极化促进纳米颗粒在转移灶富集，实现0.11 mm微小病灶的MRI检测；随后在酸性/谷胱甘肽微环境中降解并逆转肿瘤相关巨噬细胞为M1表型，抑制转移生长达81.64%，并降低循环肿瘤细胞肺定植率78.08%。该"检测-治疗"一体化策略为转移性癌症精准纳米医学提供了新范式。

　　

当癌细胞从原发部位脱落，通过血液循环在肺部"安家落户"形成转移灶时，患者的生存希望往往变得渺茫。据统计，转移性肺癌的五年相对生存率仅为6%，这一残酷数据背后是临床诊断与治疗的双重困境：传统影像学方法难以捕捉毫米级以下的微小转移灶，而等到肿瘤长大至可检测规模时，最佳治疗时机已悄然流逝。更棘手的是，肺转移瘤对常规化疗和放疗普遍不敏感，迫切需要开发兼具早期诊断与及时干预功能的创新策略。

在这项发表于《Journal of Nanobiotechnology》的研究中，苏美菊团队另辟蹊径，将目光投向了肿瘤微环境（TME）中的"双面间谍"——巨噬细胞。这些免疫细胞在肿瘤发展中扮演着矛盾角色：抑癌的M1型巨噬细胞能攻击肿瘤细胞，而促癌的M2型巨噬细胞却为肿瘤生长"铺路搭桥"。研究人员巧妙设计了一种核壳结构的碳酸钙@槲皮素-锰纳米颗粒（CQM NPs），通过程序性调控巨噬细胞极化状态，实现了对肺转移瘤的精准打击。

研究团队采用的核心技术包括：通过共沉淀法构建碳酸钙纳米核（CNPs），并优化反应条件实现槲皮素-锰（QM）复合物的可控包覆；利用能量色散X-ray光谱（EDS）与透射电镜（TEM）联用技术进行元素分布表征；采用空间转录组学分析肿瘤区域巨噬细胞极化动态；建立4T1-Luc murine肺转移模型评估纳米颗粒的靶向性与疗效；通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）定量生物样本中纳米颗粒的分布情况。

制备与表征CQM NPs

研究人员首先通过优化反应参数成功制备了粒径约100 nm的球形CQM NPs，元素映射显示钙、锰、氧均匀分布。该纳米颗粒在生理环境中保持稳定，在酸性（pH 5.5）和高谷胱甘肽（GSH）条件下表现出增强的纵向弛豫效能（r₁ relaxivity），其过氧化物酶（POD）样活性和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）样活性在肿瘤微环境特异性激活。值得注意的是，CQM NPs与巨噬细胞相互作用3小时内诱导M2极化（相对极化水平提升至5.41），随后在24小时内逆转为M1表型（相对极化水平达13.11），而对照纳米颗粒（PQM NPs和CDM NPs）均未呈现这种可编程极化特性。

基于CQM NPs的超小肺转移瘤MRI检测

动物实验表明，静脉注射CQM NPs 2小时后，T₁加权MRI成功检测到小至0.11 mm的转移灶，信号分布与生物发光成像（BLI）和H&E染色结果高度一致。免疫荧光组织学分析显示，注射后30分钟Cy5标记的CQM NPs主要被巨噬细胞吞噬，2小时后则富集于肿瘤区域。空间转录组学进一步证实，转移灶内M2相关基因表达在注射3小时后提升1.78倍，支气管肺泡灌洗液（BALF）中M2相关细胞因子（IL-4、IL-10）显著升高，说明CQM NPs通过巨噬细胞 hitchhiking 机制实现了肿瘤靶向。

巨噬细胞介导的CQM NPs胞间运输机制

共培养实验表明，RAW264.7巨噬细胞能通过囊泡运输将CQM NPs传递给4T1肿瘤细胞，3小时时胞间转移达到峰值。抑制巨噬细胞吞噬（使用2-脱氧-D-葡萄糖，2-DG）可使肿瘤细胞摄取减少4倍，证实了 hitchhiking 机制的关键作用。进入肿瘤细胞后，CQM NPs在溶酶体酸性环境中崩解产生CO₂气泡，引起细胞内pH升高和DNA损伤（γH2AX荧光增强）。转录组分析发现CQM NPs处理引发3,724个差异表达基因（DEGs），显著富集于DNA损伤应答和炎症信号通路（如TNF-α/NF-κB通路）。

CQM NPs经气管给药的抗转移治疗

在治疗应用中，研究人员选择气管内（i.t.）给药方式，使肺病灶中CQM NPs积累量提高10倍以上。在肺转移模型小鼠中，每隔3天给予CQM NPs治疗，21天后实验组肺部生物发光强度（TBI）仅为对照组的5.09%，转移灶面积减少81.64%。Ki67和γH2AX免疫组化显示肿瘤细胞增殖受抑且DNA损伤显著。值得注意的是，在预防性给药实验中（肿瘤细胞注射前-8、-5、-2天给予CQM NPs），肺部定植的循环肿瘤细胞（CTCs）减少78.08%，生存率显著提升。

这项研究开创性地提出了"可编程巨噬细胞极化"概念，通过巧妙的纳米设计将诊断与治疗功能整合于单一平台。其核心创新在于利用巨噬细胞对纳米颗粒的自然吞噬特性，先诱导M2表型促进肿瘤靶向，再逆转极化方向发挥治疗作用，这种动态调控策略克服了传统纳米药物靶向效率低下的瓶颈。该平台不仅实现了当前最灵敏的肺转移瘤MRI检测（0.11 mm），更通过免疫微环境重编程展现了卓越的治疗与预防效果。这种"检测-治疗"一体化范式为转移性癌症的精准医学提供了新思路，其模块化设计理念也可拓展至其他重大疾病的纳米诊疗系统开发。