基因工程细菌纳米复合物协同HIFU通过改变肿瘤组织声学环境增强肿瘤治疗

本研究针对高强度聚焦超声(HIFU)治疗肿瘤时存在的能量衰减和安全性问题，提出了一种创新的解决方案。研究人员构建了由基因工程细菌(GVs-E.coli)和全氟己烷/聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PFH/PLGA)纳米颗粒组成的复合物(GVs-E@PP NPs)，通过改变肿瘤组织的声学环境(AET)，显著增强了HIFU的治疗效果。实验证明，该复合物能选择性靶向肿瘤并增殖，增加胶原纤维密度、弹性模量、声速和声衰减，同时减少肿瘤血管生成，为HIFU治疗提供了更高效安全的协同策略。

　　

肿瘤治疗领域一直面临着如何平衡疗效与安全性的难题。高强度聚焦超声(HIFU)作为一种非侵入性治疗技术，虽然具有精准靶向的优势，但在实际应用中常因肿瘤组织声学环境(AET)的复杂性导致能量衰减，影响治疗效果。传统解决方案如提高能量输出又会增加对周围健康组织的损伤风险。这一矛盾促使研究人员探索通过改变肿瘤组织本身的声学特性来优化HIFU治疗的新策略。

来自重庆医科大学附属儿童医院超声科、重庆两江新区人民医院等机构的研究团队在《Cancer Cell International》上发表了一项突破性研究。他们成功构建了一种名为GVs-E@PP NPs的基因工程细菌纳米复合物，通过多重机制协同增强HIFU的肿瘤治疗效果。这项研究不仅解决了HIFU治疗中的关键瓶颈问题，还为细菌疗法与物理治疗的结合提供了新思路。

研究采用了多项关键技术：基因工程改造的产气大肠杆菌(GVs-E.coli)制备、双乳化法制备PFH/PLGA纳米颗粒、碳二亚胺法构建细菌-纳米颗粒复合物、超声弹性成像评估肿瘤硬度、脉冲插入替代法测量声学参数等。实验使用BALB/c裸鼠建立MDA-MB-231乳腺癌模型，通过菌落计数、超声成像、组织病理学分析等多种方法评估治疗效果。

表征GVs-E@PP NPs
通过SEM和TEM观察证实PFH/PLGA NPs呈球形结构，直径约213±3.6 nm。基因工程细菌GVs-E.coli成功表达气体囊泡(GVs)，经Gram染色显示典型的革兰氏阴性菌特征。复合后的GVs-E@PP NPs直径约1099.33±7.36 nm，zeta电位为-25.85±0.14 mV。生长曲线表明复合过程不影响细菌活性。

生物安全性评估
动物实验显示，GVs-E@PP NPs注射组小鼠仅在3天内出现短暂体重下降，血液生化指标与对照组无显著差异。14天后主要器官H&E染色未发现明显病理损伤，证实了该复合物的良好生物相容性。

体内分布特性
菌落计数实验显示GVs-E@PP NPs在肿瘤组织中特异性增殖，7天达到峰值，而在主要器官中的分布随时间递减。超声成像显示肿瘤区域回声增强，证实了复合物的靶向性和成像能力。

协同HIFU治疗
治疗组灰度值分析显示GVs-E@PP+HIFU组显著高于其他组(P<0.05)。TTC染色显示更明显的凝固性坏死区域，计算得到的坏死体积和能量效率因子(EEF)均优于对照组。生存分析表明该治疗可显著延长小鼠生存期(P<0.05)，Ki67染色显示肿瘤细胞增殖明显抑制。

改变AET的机制
弹性成像显示GVs-E@PP组肿瘤弹性模量显著增加(P<0.05)。声学测量表明声速和声衰减同步提高。免疫荧光显示CD34和HIF-1α表达降低，证实血管生成减少和缺氧改善。Masson染色显示胶原纤维密度显著增加(P<0.05)，这些变化共同优化了HIFU的能量沉积效率。

这项研究创新性地将基因工程细菌疗法与纳米技术相结合，通过多重机制改变肿瘤声学环境，解决了HIFU治疗中的关键难题。GVs-E@PP NPs不仅作为靶向载体精准递送治疗成分，其产生的气体囊泡和PFH相变还能增强空化效应。更重要的是，通过调节胶原纤维密度、减少血管生成等途径改变AET，实现了更安全高效的HIFU协同治疗。

该研究为肿瘤治疗提供了新范式，未来可进一步探索细菌引发的免疫反应机制，并将此策略与免疫治疗相结合。长期AET变化的监测和更大规模的临床前研究也将是重要方向。这项成果发表在《Cancer Cell International》上，展示了跨学科融合在解决医学难题中的巨大潜力。