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腫瘤轉移無跡循？看我磷光照妖鏡！- 李振/李倩倩/張玉峰聯合團隊《Sci. Adv.》：有機室溫磷光納米顆粒對腫瘤轉移過程的檢測與成像

2023-05-24 來源：高分子科技

據統計，腫瘤轉移是導致癌癥死亡的首要原因。盡管在抗擊癌癥轉移方面已經進行了大量的研究，但要實現癌癥轉移的早期診斷和有效治療仍然存在巨大的挑戰。癌癥的轉移過程包括癌細胞的侵襲、內滲、循環和外滲，在遠處器官形成轉移前生態位和轉移生態位，最終導致遠端次生腫瘤的形成，并與原發腫瘤共存。目前，腫瘤轉移的檢測主要集中在次生腫瘤形成時期，往往會導致患者治療效果欠佳、預后不良等。因此，在更早時期快速且精準定位腫瘤轉移靶器官尤為關鍵。

近日，聚焦有機室溫磷光在腫瘤成像中的應用，Science Advances（《科學·進展》）在線發表了武漢大學化學與分子科學學院、泰康生命醫學中心李振/李倩倩課題組與武漢大學口腔醫院張玉峰課題組合作的關于有機室溫磷光納米顆粒檢測腫瘤轉移過程的研究，論文標題為“Lighting up metastasis process before formation of secondary tumor by phosphorescence imaging”（《在次生腫瘤形成前通過磷光成像點亮腫瘤轉移的過程》）。文中，作者通過高亮度、長壽命的純有機室溫磷光納米顆粒(圖1A)，通過高信噪比的肺部磷光成像，成功檢測到腫瘤轉移過程中繼發腫瘤形成前的微環境變化，為腫瘤轉移的早期診斷提供了新的思路。

圖1 使用純有機室溫磷光納米顆粒檢測腫瘤轉移過程的示意圖。

得益于在激發源撤去后能持續發光一段時間的特性，有機磷光成像能完美屏蔽生物自身的熒光背景，體現出更高的檢測靈敏度。而且，磷光成像可以在較低的功率密度下，只需控制激發光源的開和關就能獲得高信噪比的光學信號，有望用于腫瘤轉移過程的監測，實現其早期診斷。該研究團隊制備了基于吩噻嗪衍生物的純有機磷光納米顆粒，特異性地監測了原發腫瘤的肺部轉移。該團隊在第0天將H22肝臟腫瘤植入健康BALB/c小鼠的肝臟，建立從肝臟到肺部的腫瘤轉移模型。通過肺部磷光成像、顯微CT和組織病理學檢查，每3至4天同步檢測肺部的轉移程度。依據靜脈注射磷光納米顆粒后3小時的磷光成像結果，肺部的最大磷光輻射值從第0天到第27天逐漸上升，表明磷光納米顆粒在肺部逐漸富集。第3天，統計分析結果顯示，最大磷光輻射強度為1.5 ± 0.1 × 10⁵ p sec^-1 cm^-2 sr^-1，體現出顯著的統計學差異(P = 0.0321)，作為對照實驗，健康BALB/c小鼠注射磷光納米顆粒后的最大磷光亮度從第0天到第27天基本保持不變。此時，在H&E染色分析中沒有發現明顯的轉移性腫瘤。同時，從顯微CT計算出的肺部體積，和H&E染色的肺部圖像無顯著差異。

圖2 在小鼠原位肝癌模型中，通過純有機室溫磷光材料成像、CT、組織切片H&E染色檢測腫瘤轉移。

為探究肺部的轉移狀態，該團隊進一步開展了免疫組化實驗：TGF-β、TNF-α和VEGF的表達明顯增強，P值分別為0.0002、<0.0001和0.0005，表明肺部的微環境已經明顯改變，形成了轉移前生態位(Pre-metastatic niches, PMNs)。同時，BCL-2的表達略有增加(P = 0.908)，意味著在轉移前生態位PMNs之后，有少量來自肝癌的循環腫瘤細胞(CTCs)。因此，通過磷光成像檢測到的腫瘤轉移過程是肺部的轉移生態位(Metastatic niches)。

圖3 小鼠原位肝癌模型中的免疫組織化學 (IHC) 分析。

在原位肝癌和靜脈注射癌細胞模擬血液腫瘤轉移的模型中，于腫瘤植入肝內或靜脈注射癌細胞后的第3天，肺部只存在微環境變化時，就通過磷光成像監測到腫瘤的肺部轉移。此方法領先于目前已有的熒光成像、磁共振成像、PET-CT等其他影像方法(在次生腫瘤階段才能檢測到)，為早期腫瘤轉移的檢測提供了靈敏、簡便的手段，在很大程度上有助于阻止次生腫瘤的形成和可能的惡化，為治愈癌癥提供更多機會。武漢大學化學與分子科學學院博士生常凱和口腔醫學院博士生肖樂怡為論文的共同第一作者，研究工作得到了國家自然科學基金、學校科研公共服務條件平臺和學校大型儀器設備共享平臺的支持。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf6757

課題組網站：http://ligroup.whu.edu.cn/

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（責任編輯：xu）

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