FITC标记葡聚糖、PEG和HA作为胰腺癌手术中导航材料的疗效比较

《RSC Advances》：Comparison of the efficacy of FITC-conjugated dextran, PEG, and HA as intraoperative navigation materials in pancreatic cancer

胰腺癌手术中，通过比较dextran、PEG和HA三种荧光探针载体的肿瘤靶向能力与穿透深度，发现低分子量dextran-FITC在3D肿瘤球模型和体内实验中均表现出最优的肿瘤富集和深层穿透性能，为术中导航提供新策略。

　　胰腺癌作为一种高度侵袭性的实体肿瘤，其治疗面临诸多挑战。尽管手术切除是早期非转移性胰腺癌的主要治疗手段，但由于胰腺位于腹腔深处，使得术中对肿瘤的精确定位变得复杂，从而影响了手术效果和患者的预后。为解决这一临床难题，本研究旨在开发一种创新的术中导航平台，以实现对肿瘤的精准靶向递送。通过系统评估三种水溶性聚合物——葡聚糖、聚乙二醇（PEG）和透明质酸（HA）在胰腺癌模型中的靶向特异性及组织穿透能力，我们希望为胰腺癌的术中导航提供理论基础和技术支持。

### 胰腺癌的临床挑战与治疗需求

胰腺癌是全球范围内最具有侵袭性和致命性的肿瘤之一，其五年生存率依然非常低，且治疗选择有限。在临床实践中，计算机断层扫描（CT）作为胰腺导管腺癌（PDAC）的一线影像学检查手段，能够检测出直径小于20毫米的肿瘤，从而实现早期诊断。这一关键窗口为患者提供了接受手术干预的机会，而手术切除仍然是胰腺癌治疗的首选方式。然而，胰腺肿瘤的深部解剖位置常导致术中定位困难和卫星病灶的存在，这不仅影响了手术的精确性，还可能限制了手术范围，使得术中切除的边界难以界定。

此外，随着改良根治性手术的发展，手术切除的范围从器官切除逐渐转向有限边界切除，旨在最大程度保留器官功能并改善患者的术后生活质量。因此，术中定位技术的应用对于提高手术精度至关重要。目前，超声成像是术中常用的诊断工具，但其在深部病灶的定位准确性较低，尤其在肥胖患者或存在气体干扰的情况下，图像质量可能受到影响。为克服这些局限，结合多种互补的实时肿瘤定位系统可能更具优势，有助于提高术中定位的准确性和可靠性。

### 聚合物作为肿瘤靶向载体的潜力

术中导航系统通过靶向追踪技术（如荧光成像）将特定的追踪分子标记在靶向系统上，从而实现对肿瘤的精准定位。在手术过程中，这些系统能够实时可视化肿瘤位置，帮助外科医生在视觉引导下进行精准的肿瘤切除。该技术不仅提高了肿瘤切除的精度，还减少了对周围健康组织的损伤，同时还能动态监测手术过程中生物事件（如探针分布和细胞反应），从而优化术中决策。

近年来，研究人员越来越关注大分子材料在肿瘤探针递送中的应用潜力。葡聚糖、聚乙二醇（PEG）和透明质酸（HA）等聚合物因其良好的生物相容性和靶向性能，在探针递送系统中展现出独特的优势。通过化学修饰，这些材料不仅能够减少毒性，还能增强探针在肿瘤组织中的积累。因此，它们为术中导航系统提供了新的可能性，有助于实现更精准的肿瘤定位和切除。

### 聚合物的合成与表征

在本研究中，我们对三种聚合物——葡聚糖、PEG和HA进行了荧光标记，并通过多种方法对其进行了表征。具体而言，葡聚糖-FITC的合成过程涉及将其与FITC通过羟基反应进行偶联。反应在二甲基亚砜（DMSO）中进行，pH值调整为8.0，并在室温下持续搅拌24小时。随后，通过纯化和冻干工艺获得最终产物。1H NMR分析确认了葡聚糖-FITC的结构，显示其特征性糖链信号（δ 3.0–5.2 ppm）和FITC芳香质子信号（δ 6.3–7.6 ppm），表明FITC成功偶联到葡聚糖分子上。

PEG-FITC的合成则通过将FITC与氨基修饰的PEG进行偶联实现。反应在水/二甲基亚砜溶液中进行，搅拌过夜后，通过凝胶柱纯化获得最终产物。同样，HA-FITC的合成涉及将FITC与激活的HA进行偶联，反应在水溶液中完成，随后通过纯化和冻干工艺获得产物。通过1H NMR分析，我们验证了三种材料的结构变化，确认了FITC的成功偶联。

此外，我们还通过凝胶渗透色谱（GPC）和基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）对三种材料的分子量进行了测定。结果显示，所有三种材料在标记后均表现出显著的分子量增加，表明FITC与聚合物之间的偶联是有效的。同时，紫外-可见光谱（UV-Vis）分析表明，所有标记后的材料在480 nm处表现出显著的吸收增强，进一步验证了它们的荧光标记效率。

### 聚合物的细胞毒性与细胞摄取能力

在评估这些聚合物的生物相容性时，我们首先进行了细胞毒性测试。结果显示，在FITC等价浓度（≤100 μg/mL）下，所有三种标记材料均未表现出显著的细胞毒性，而未标记的FITC则在较低浓度（1 μg/mL）下显示出明显的细胞毒性。这表明聚合物修饰能够有效降低探针的毒性，提高其在生物系统中的安全性。

在细胞摄取能力方面，我们发现葡聚糖-FITC在PNAC-1细胞中表现出最强的摄取能力，其荧光强度显著高于PEG-FITC和HA-FITC。这一现象可能与葡聚糖分子与肿瘤细胞表面糖萼的特异性相互作用有关。相比之下，PEG-FITC的摄取能力也较强，但其荧光信号主要集中在细胞膜表面，这可能与其疏水性有关。HA-FITC的摄取能力较弱，这可能与其依赖CD44受体介导的内吞作用有关，而CD44受体在胰腺癌细胞中的表达水平存在差异，限制了其靶向效率。

### 三维肿瘤球体模型中的渗透能力

为了更全面地评估这些聚合物在肿瘤组织中的渗透能力，我们使用了三维多细胞肿瘤球体（MCTS）模型。这种模型能够模拟实体肿瘤的复杂微环境，包括致密的细胞外基质和细胞间连接。通过荧光成像和图像分析，我们观察到葡聚糖-FITC在三维模型中表现出最深的渗透能力，其荧光强度显著高于PEG-FITC和HA-FITC。这一结果表明，葡聚糖-FITC在复杂肿瘤微环境中具有更强的穿透能力，有助于标记深层肿瘤细胞。

相比之下，PEG-FITC的渗透能力较弱，其荧光信号主要集中在肿瘤球体的外层，这可能与其较大的分子量和空间结构有关，导致其在肿瘤组织中受到立体阻碍，难以深入渗透。HA-FITC的渗透能力最弱，其荧光信号几乎无法穿透肿瘤球体，这可能与其结构和受体结合特性有关。

### 体内靶向性能与组织分布

在体内实验中，我们通过尾静脉注射FITC标记的探针，并使用活体成像技术（IVIS）监测其在肿瘤组织中的分布情况。结果显示，葡聚糖-FITC在肿瘤组织中表现出最高的荧光强度，显著高于PEG-FITC和HA-FITC，这表明其在肿瘤组织中的积累和保留能力更强。这一现象可能与增强渗透和滞留效应（EPR效应）有关，即肿瘤血管的高通透性和淋巴引流的减弱，使得葡聚糖-FITC能够更有效地富集于肿瘤组织中。

在组织分布方面，葡聚糖-FITC和PEG-FITC均表现出较高的肝脏积累，这可能与它们的代谢途径有关。然而，PEG-FITC在肾脏中表现出更强的信号，表明其主要通过肾脏排泄。相比之下，HA-FITC在肿瘤组织和主要器官中均表现出较弱的荧光信号，这可能与其结构或代谢特性有关。值得注意的是，虽然PEG-FITC在肿瘤中的积累能力较强，但其在肿瘤中的滞留时间较短，导致荧光信号迅速衰减。因此，其在术中导航中的应用可能受到一定限制。

### 未来研究方向与临床应用前景

尽管葡聚糖-FITC在体内实验中表现出优异的肿瘤靶向性和组织穿透能力，但其在肝脏和肾脏中的广泛分布可能带来潜在的毒性风险。因此，未来的研究应关注如何通过分子量调节或表面修饰等手段，优化其靶向特异性，减少非靶向分布，从而提高其在临床中的应用安全性。此外，进一步探索葡聚糖-FITC在肿瘤诊断、药物递送和疗效监测等领域的应用潜力，将有助于推动其从基础研究向临床转化。

总的来说，本研究通过系统比较三种聚合物——葡聚糖、PEG和HA在胰腺癌模型中的靶向递送性能，揭示了它们在肿瘤定位和组织穿透方面的差异。结果显示，葡聚糖-FITC在多个实验模型中均表现出最佳的靶向能力和组织渗透效率，为术中导航系统提供了新的候选材料。这些发现不仅为胰腺癌的精准治疗提供了理论支持，也为其他实体肿瘤的导航系统开发提供了借鉴。未来的研究应进一步优化这些聚合物的结构和功能，以实现更高效、更安全的肿瘤靶向递送，从而提升临床治疗效果。