多模态成像纳米气泡通过破坏细胞膜增强声动力疗法抗黑色素瘤的研究

【字体: 时间:2025年06月03日 来源:Biomaterials 12.8

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  为解决声敏剂 Ce6 solubility 差、off-target 效应及 SDT 单独治疗不足等问题,研究人员开展 Ce6@QAS 纳米气泡(NBs)研究。结果显示其具超声触发成像等效果,可诱导 ICD,抑制肿瘤生长,为 melanoma 治疗提供新策略。

  在对抗威胁人类健康的恶性肿瘤大军中,黑色素瘤堪称皮肤癌领域的 “杀手级” 存在。其不仅恶性程度高、易转移,且随着全球老龄化加剧与环境变化,发病率呈显著上升趋势。传统治疗手段如手术、放化疗对晚期转移性黑色素瘤效果有限,新兴的光动力疗法(PDT)虽展现出非侵入性优势,但受限于光穿透深度不足,难以作用于深层肿瘤。声动力疗法(SDT)凭借超声更深的组织穿透能力成为新希望,然而声敏剂如二氢卟吩 e6(Ce6)存在水溶性差、肿瘤特异性不足等问题,且单一 SDT 疗法往往难以彻底清除肿瘤细胞,如何提升治疗精准性与有效性成为亟待攻克的科学难题。
为突破上述瓶颈,四川大学华西医院的研究人员开展了一项极具创新性的研究,相关成果发表在《Biomaterials》。他们设计开发了一种新型肿瘤微环境响应型纳米气泡 ——Ce6@季铵盐(QAS)纳米气泡(NBs),旨在通过多模态成像引导,将声动力疗法与细胞膜破坏疗法相结合,为黑色素瘤的诊疗一体化提供新策略。

研究人员主要采用了以下关键技术方法:通过改进的水包油乳液法制备具有核壳结构的 Ce6@QAS NBs,利用化学交联技术提升纳米泡的稳定性;运用超声成像与光声成像(PA)技术对纳米泡在体内外的成像性能进行评估;借助细胞计数试剂盒 - 8(CCK-8)实验、活性氧(ROS)检测等方法探究纳米泡的体外抗肿瘤机制;通过建立黑色素瘤动物模型,观察纳米泡在体内的肿瘤抑制效果及免疫激活效应。

合成与表征


研究通过改进的水包油乳液法成功制备了具有核壳结构的 QAS NBs 及 Ce6@QAS NBs。采用化学交联技术解决了组装不稳定的问题,所制备的纳米泡在体内外均表现出优异的稳定性。通过一系列表征手段证实了季铵盐(QAS)成功构建于纳米泡外壳,且 Ce6 有效负载于纳米泡核心,为后续功能研究奠定了基础。

体外抗肿瘤效果


体外实验结果表明,Ce6@QAS NBs 在超声辐射下展现出显著的肿瘤细胞杀伤能力。其作用机制主要包括两方面:一方面,QAS 外壳可通过静电作用吸附于肿瘤细胞表面,凭借其两亲性结构插入细胞膜,破坏细胞膜完整性,直接导致细胞死亡;另一方面,负载的 Ce6 在超声作用下产生活性氧(ROS),通过氧化应激反应诱导肿瘤细胞凋亡。此外,实验证实经 Ce6@QAS NBs 处理的肿瘤细胞发生了免疫原性细胞死亡(ICD),这为激活机体抗肿瘤免疫应答提供了前提。

体内成像与治疗效果


体内研究显示,Ce6@QAS NBs 具有出色的超声触发成像与光声成像能力,可清晰显示肿瘤部位并监测药物分布,实现了影像介导的声动力治疗。在黑色素瘤动物模型中,与单纯超声组、Ce6@QAS NBs 组等对照相比,Ce6@QAS NBs 联合超声组的肿瘤生长受到显著抑制,肿瘤体积增长速度明显减缓,表明其在体内具有优异的抗肿瘤效果。

免疫激活效应


进一步研究发现,Ce6@QAS NBs 治疗后,肿瘤微环境中免疫相关分子表达发生显著变化,如钙网蛋白(CRT)等 ICD 相关标志物表达上调,同时肿瘤浸润免疫细胞数量增加,尤其是细胞毒性 T 淋巴细胞(CTLs)的浸润显著增强,证实了该纳米泡可有效激活机体的抗肿瘤免疫应答,逆转肿瘤的免疫抑制微环境。

综上所述,该研究成功开发的 Ce6@QAS NBs 集多模态成像与协同治疗功能于一体,通过声动力疗法与细胞膜破坏疗法的双重作用,不仅显著提升了对黑色素瘤的治疗效果,还通过诱导免疫原性细胞死亡激活了机体的抗肿瘤免疫应答,为黑色素瘤的精准诊疗提供了一种极具潜力的新策略。其创新性在于将超声触发的药物递送系统与细胞膜破坏机制相结合,巧妙解决了声敏剂递送与肿瘤治疗特异性的难题,同时通过多模态成像实现了治疗过程的实时监测,为肿瘤的诊疗一体化提供了新的技术范式。该研究成果不仅在黑色素瘤治疗领域具有重要突破,也为其他实体肿瘤的治疗提供了新思路,有望推动声动力治疗与纳米医学的临床转化进程。

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