Chem：大連理工大學(xué)彭孝軍院士/樊江莉教授團(tuán)隊實現(xiàn)腫瘤光動力治療新突破
北京時間2021年11月4日，大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實驗室彭孝軍院士、樊江莉教授團(tuán)隊在Chem（Cell子刊，IF:?22.804）上發(fā)表一篇題為“The concept and examples of type III photosensitizers for cancer photodynamic therapy”的研究論文。
課題組構(gòu)建了新型具有type III機(jī)制的光敏劑，實現(xiàn)將光能直接用于破壞腫瘤細(xì)胞內(nèi)的RNA，以達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的效果。治療過程無需媒介參與，突破了當(dāng)前腫瘤光動力治療過程中依賴氧氣的桎梏。該光敏劑用于光動力治療腫瘤的同時，能夠提升機(jī)體的免疫反應(yīng)，對于實體腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤均具有優(yōu)異的治療效果。
彭孝軍院士和樊江莉教授為本論文的通訊作者，姚起超博士為第一作者，大連理工大學(xué)為唯一通訊單位。
光動力療法（PDT）是一種非侵入性治療方式，在個性化醫(yī)療中獲得了巨大的普及。與傳統(tǒng)的化療、放療和手術(shù)相比，PDT具有微創(chuàng)、不受耐藥性影響、治療區(qū)域選擇可控等優(yōu)點(diǎn)。目前，PDT通過可見光照射激活光敏劑，在氧氣存在下產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧物種（I型和II型機(jī)制，圖一），殺傷過程依賴氧氣。雖然I型光敏劑可以通過氧氣的部分循環(huán)減輕PDT過程對氧的依賴，但光敏化過程仍需要氧氣來維持。然而，實體腫瘤所處的微環(huán)境往往是缺氧環(huán)境，這極大影響了PDT過程中光敏藥物對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。
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圖一 ?PDT中三種機(jī)理示意圖
彭孝軍院士、樊江莉教授受團(tuán)隊前期工作的啟發(fā)，開發(fā)了一系列具有type III機(jī)制（圖一）的新型光敏劑NBEX（X?= S，Se，Te）。該類光敏劑能夠精準(zhǔn)識別RNA，在激發(fā)光照射下能夠直接將激發(fā)能或電子傳遞給RNA，通過破壞RNA以達(dá)到滅殺腫瘤細(xì)胞的功效（圖二）。該PDT過程無需氧氣作為媒介，在低氧甚至無氧的條件下，NBEX亦可有效滅殺腫瘤細(xì)胞（圖三）。
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圖二 ?type III機(jī)制的驗證
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圖三 ?常氧/低氧下NBEX的細(xì)胞毒性及流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞死亡方式
研究還發(fā)現(xiàn)，在水溶液中NBEX自聚集形成納米粒子，該溶液經(jīng)尾靜脈注射到荷瘤小鼠體內(nèi)后，能夠快速富集到腫瘤區(qū)域。給藥后，小鼠腫瘤區(qū)域經(jīng)近紅光照射治療后，3天后實驗組光照區(qū)腫瘤部位開始潰爛；5天后部分腫瘤脫落并形成痂。治療一段時間后，相較于對照組，治療組小鼠的腫瘤不但顯示出了明顯的抑制效果而且未見明顯腫瘤轉(zhuǎn)移。同時，對實驗小鼠進(jìn)行免疫分析的結(jié)果顯示治療組中小鼠的成熟樹突細(xì)胞（DC）的含量明顯高于對照組，這意味著治療組的免疫激活率較高。這些實驗結(jié)果表明，使用NBEX作為光敏劑的PDT不僅可以有效治療實體瘤，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，還可以在一定程度上誘導(dǎo)DC成熟，并且可能作為腫瘤疫苗來促進(jìn)免疫應(yīng)答。（圖四）
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圖四 ?NBEX對腫瘤的治療作用及小鼠免疫分析結(jié)果
綜上所述，該研究構(gòu)建了一系列具有type III光敏機(jī)制的光敏劑NBEX。NBEX能在體內(nèi)迅速富集到腫瘤部位，并進(jìn)入腫瘤細(xì)胞與RNA結(jié)合。經(jīng)光照射后，NBEX能夠?qū)?/span>激發(fā)能直接傳遞給RNA分子從而滅殺腫瘤細(xì)胞。該過程中不需要氧氣參與，在常氧和低氧條件下對腫瘤細(xì)胞均具優(yōu)異的殺傷作用。NBEX對多種腫瘤均展現(xiàn)出優(yōu)異的殺傷性能，并抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。PDT的同時增強(qiáng)機(jī)體對腫瘤的免疫反應(yīng)，這對于預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)以及腫瘤治療都非常重要。
該研究論文得到了國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金-遼寧省聯(lián)合基金、中國博士后科學(xué)基金、大連理工大學(xué)和精細(xì)化工國家重點(diǎn)實驗室的大力支持。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.10.006
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