《Biomaterials》：Enhanced Delivery of Low-Density Lipoprotein-based Nanoparticles to the Mouse Glioblastoma Using Focused Ultrasound as a Novel Therapy
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靶向低密度脂蛋白受体联合聚焦超声增强胶质母细胞瘤纳米药物递送研究
卡洛斯·布兰比拉（Carlos Brambila）|纳维德·萨赫比·瓦伊甘（Navideh Sahebi Vaighan）|易卜拉欣·优素福（Ibrahim Youssef）|贾伊迪普·乔杜里（Jaideep Chaudhary）|阿尼达·安瓦尔（Arnida Anwar）|罗伯特·巴楚（Robert Bachoo）|托拉尔·帕特尔（Toral Patel）|拉吉夫·乔普拉（Rajiv Chopra）|伊恩·R·科宾（Ian R. Corbin）
美国德克萨斯大学西南医学中心高级成像研究中心，德克萨斯州达拉斯市75390
摘要
胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是一种高度侵袭性和浸润性的原发性脑肿瘤，预后较差。这种肿瘤通过低密度脂蛋白受体（LDLR）从周围环境中积极摄取胆固醇，从而促进其快速增殖的恶性表型。血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）成为药物输送到GBM的主要障碍，因为它限制了大多数治疗药物的进入，从而降低了治疗效果。利用微泡的聚焦超声（Focused Ultrasound, FUS）是一种非侵入性和安全的方法，可以暂时打开血脑屏障，提高治疗药物向大脑的输送效率。在这项研究中，我们旨在建立一种简单有效的药物输送策略，将FUS介导的血脑屏障破坏与LDLR靶向输送相结合。我们使用PS5A细胞系建立了GBM的体内小鼠模型。携带GBM的小鼠接受了装载了油酸和卡布西林荧光染料的低密度脂蛋白（LDL）纳米颗粒的静脉注射，并在肿瘤区域进行了脉冲FUS处理。未接受LDL纳米颗粒或FUS处理的小鼠作为未经治疗的对照组。通过磁共振成像（MRI）初步确认了肿瘤进展和血脑屏障的开放情况。治疗后对脑组织的荧光成像显示，与对侧半球或仅接受LDL纳米颗粒或未经治疗的对照组相比，经过FUS处理的肿瘤区域的荧光信号明显增强。LDLR靶向与FUS的结合增强了LDL纳米颗粒向GBM细胞及其周围纹状体区域的细胞内输送。这些发现表明，药物不仅可以输送到肿瘤主体，还可以输送到穿透血脑屏障并侵入周围脑组织的肿瘤细胞中。总之，本研究为FUS与LDL纳米颗粒受体靶向输送在GBM中的应用奠定了基础。
章节摘录
引言
多形性胶质母细胞瘤（Glioblastoma multiforme, GBM）是最常见的原发性恶性脑肿瘤之一，在临床治疗上仍然非常棘手[1]。由于其弥漫性浸润生长、显著的细胞异质性以及血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的限制性，GBM的治疗管理面临巨大挑战。此外，GBM由分化肿瘤细胞、类胶质瘤干细胞和动态的肿瘤微环境组成，这些因素共同影响了其治疗效果。
LDL-DiI-OA和LDL-DiD-OA的制备
我们使用连续密度梯度超速离心法从家族性高胆固醇血症患者的血浆中分离出LDL[40]。为了将外源性脂质或染料掺入LDL颗粒中，采用了核心替换法[41][42]。如我们之前的研究[19]所述，冻干后的LDL在淀粉存在下用庚烷（Sigma-Aldrich, St. Louis, MO）进行了多轮有机提取。随后处理LDL残留物...
细胞培养和试剂
为了模拟GBM在体内的特性和生理行为，我们使用了罗伯特·巴楚（Robert Bachoo）实验室提供的神经干细胞来源的小鼠胶质瘤PS5A细胞系。PS5A具有高度侵袭性和强烈的血管生成特性，是通过失活肿瘤抑制因子p16INK4a和p19ARF并持续激活EGFR而获得的[43]。
PS5A细胞在不含谷氨酰胺的DEM/F12培养基（Thermo Fisher, Waltham, MA）和1%胰岛素转铁蛋白中培养...
动物实验
所有实验均获得了UT Southwestern医学中心机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准。UT Southwestern在制定动物研究标准时遵循了“实验室动物护理和使用指南”。所有实验均按照相关指南和法规进行。
雌性无胸腺裸鼠Foxn1nu（Nu/J，#002019，9周龄）购自Jackson Laboratories。动物生活在无病原体的环境中，温度...
纳米颗粒表征
LDL重组过程能够将高水平的亲脂性/脂肪酰基分子掺入LDL颗粒中[42]。在本研究中，重组了含有卡布西林荧光染料（DiI或DiD）和油酸的LDL颗粒（LDL-DiI-OA/LDL-DiD-OA），其平均水动力直径为20.5 ± 8.1纳米，负ζ电位为-15.0 ± 0.7毫伏。LDL-DiI-OA/LDL-DiD-OA纳米颗粒的组成中估计含有5.7 ± 0.7个...
讨论
将药物输送到GBM是一项极具挑战性的任务。该肿瘤的分子和细胞异质性、对周围脑组织的广泛浸润、药物的固有性质以及血脑屏障的存在都导致了药物在GBM中的沉积效果不佳。因此，大多数GBM药物的治疗效果受到限制，需要高剂量使用，这会导致毒性和不良反应[48]。为了解决这些问题，研究人员一直在探索独特的方法...
结论
总之，我们的研究展示了一种灵活有效的药物输送策略，将聚焦超声介导的血脑屏障破坏与LDL靶向输送相结合，用于治疗胶质母细胞瘤。
CRediT作者贡献声明
卡洛斯·布兰比拉（Carlos Brambila）：撰写初稿、项目管理、方法学设计、数据分析、数据整理。
易卜拉欣·优素福（Ibrahim Youssef）：方法学设计、数据分析。
纳维德·萨赫比·瓦伊甘（Navideh Sahebi Vaighan）：撰写与编辑、撰写初稿、实验设计、数据分析。
阿尼达·安瓦尔（Arnida Anwar）：数据分析。
贾伊迪普·乔杜里（Jaideep Chaudhary）：数据分析。
托拉尔·帕特尔（Toral Patel）：数据可视化、实验监督、资金获取、概念构思。
罗伯特·巴楚（Robert Bachoo）：实验监督、资源协调、方法学设计、概念构思。
利益冲突声明
作者声明与本文内容无任何利益冲突。本文内容仅代表作者个人观点，不一定代表美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的官方立场。
本研究得到了NCI（National Cancer Institute）和国家卫生研究院（R01CA215702, R01CA271496）以及Ben和Catherine Ivy基金会（BCF2021）的财政支持。
我们感谢德克萨斯大学西南医学中心神经模型设施的Erik Plautz博士在脑肿瘤接种方面的合作；感谢聚焦超声实验室的Bhavya R. Shah博士在聚焦超声实验中的协助；以及Janaka Wansapura博士的贡献...
