Nat. Nano.：癌癥外科手術迎來好幫手

【背景介紹】

與實體球形腫瘤不同，有些癌癥諸如間皮瘤、播散性卵巢癌等會在復雜的組織表面進行擴散，像片層一樣覆蓋這些組織，這對臨床會診來說是一個巨大的挑戰，目前也沒有非常有效的措施來進行治療。與球形實體瘤不同，上述癌癥具有獨特的解剖學意義，因此通過手術實現這類癌癥在組織中的無瘤邊界幾乎是不可能的，最終還極容易造成局部復發情況。因此，如果能在外科手術期間進行局部治療對于清除殘余腫瘤來說或許具有重大的臨床價值。為了達到這一目的，治療手段需要到達隱藏在復雜組織表面的微小腫瘤病灶，以此獲得更好的治療效果。

【成果簡介】

針對這一挑戰，美國國立衛生研究院的Joel P. Schneider與Chuong D. Hoang（共同通訊作者）等人合作構建了一種多肽基的表面填充水凝膠（SFH），在手術期間，可通過注射或者噴霧的方式遞送到表面癌癥區域進行治療。一旦進行施藥，SFH可以根據組織進行形變并釋放microRNA納米顆粒和無序肽進入癌癥細胞并減弱其致癌特征。憑借這一單一治療法，SFH在間皮瘤臨床前模型中取得了一定的效果，從而有望改變表面癌癥的治療方式。本文共同第一作者為Poulami Majumder和Anand Singh，研究成果以題為“Surface-fill hydrogel attenuates the oncogenic signature of complex anatomical surface cancer in a single application”發布在國際著名期刊Nature Nanotechnology上。

【圖文解讀】

圖一、SFH在復雜表面癌癥上的應用

（a）SFH可以通過噴霧或者注射的方式進入胸膜腔進行基礎治療，也可以作為間皮瘤外科手術減瘤后的輔助治療手段；

（b）SFH制備的兩個階段：階段一，復合化學改性雙鏈miRNA形成無序肽從而最終制備納米顆粒；階段二，顆粒隨后被裝載進纖維狀水凝膠中。

圖二、miRNA納米顆粒的構建、物理表征及轉染效率

（a）用于miRNA顆粒制備的候選多肽的序列以及各種多肽的鍵合等溫線；

（b）25攝氏度時，在水中以不同摩爾比（及其響應的電荷比例，及N（氨基）:P（磷酸鹽））制備的miRNA的zeta電位；

（c,d）H2052間皮瘤細胞利用納米顆粒進行處理0.5小時（c）或者4小時（d）時的共聚焦圖像，這些納米顆粒含有與多肽1復合的FAM-miRNA（N:P=10:1）；

（e,f）顆粒N:P=1:1時，細胞處理0.5小時（e）或者4小時（f）時的共聚焦圖像；

（g） 多肽及其與miRNA在不同電荷比下復合的圓二色譜;

（h） 多肽1結合到miRNA上的構象態模型;

（i）10:1 (N:P) 多肽1：miRNA的冷凍電子微圖像;

（j） 1:1 (N:P) 多肽1：miRNA的冷凍電子微圖像;

（k）與商用產品比較，10:1 (N:P)顆粒進入H2052細胞的轉染效率;

（l）10:1 (N:P)顆粒進入H2052細胞的轉染行為與內吞抑制劑的關系。

圖三、Peptide 1–miRNA-215和peptide 1–miRNA-206納米顆粒在體外減弱間皮瘤的致癌特征

（a）miRNA-215沉默關鍵基因對于間皮瘤瘤形成來說十分重要；

（b）miRNA-215納米顆粒在H2052細胞中下降目標基因的表達水平；

（c）miRNA-206靶向基因；

（d）miRNA-206納米顆粒在H2052細胞中下降目標基因的表達水平；

（e）利用遞送miRNA-215和miRNA-206的納米顆粒處理3天和5天后的H2052細胞的細胞生存率;

（f）利用遞送miRNA-215和miRNA-206的納米顆粒處理2周后的H2052細胞的集落形成情況;

（g）利用遞送miRNA-215和miRNA-206的納米顆粒處理6周后的anchorage相關的細胞三維生長;

（h）三維集落形成的定量。

圖四、SFH的形成和物理表征

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（a）1wt%SFH的冷凍透射電子顯微圖像展示了嵌入到纖維狀凝膠網絡中的miRNA納米顆粒；

（b）0.5wt%和1wt%SFH隨著時間釋放miRNA顆粒；

（c）SFH的時間掃描剪切變稀/復原振蕩流變學；

（d）SFH被噴涂到豬肺上；

（e）被噴涂到玻璃表面的SFH的共聚焦圖像；

（f）（e）中SFH厚度的定量；

（g）SFH被注射到豬肺表面；

（h）SFH注射到泄氣肺以及玻璃室表面。

圖五、SFH的體內遞送及其抗癌作用

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（a）0.5wt%和1wt%SFH局部遞送Cy3標記的miRNA納米顆粒；

（b）利用超聲監測1wt%SFH的生物降解過程；

（c）瘤周注射SFH遞送miRNA顆粒進入細胞；

（d）皮下移植H2373腫瘤體積生長曲線；

（e）SFH注射四周后切除的腫瘤圖像；

（f,g）腫瘤組織的免疫化學評價。

圖六、間皮瘤移植模型闡釋SFH的治療潛力

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（a）腹腔間皮瘤模型；

（b）腫瘤生長與SFH組分的關系；

（c,d）腫瘤發光圖像以及生存率曲線；

（e）胸膜間皮瘤模型；

（f）腫瘤生長與SFH組分的關系；

（g,h）腫瘤發光圖像以及生存率曲線；

（i）間皮瘤移植切除模型；

（j）利用SFH處理的腫瘤發光圖像；

（k,l）利用SFH處理的小鼠在28天腫瘤處的總輻射通量。

【小結】

大量研究表明，利用系統性施藥對原發腫瘤進行治療常常不能獲得良好的效果。因此，即便創造干凈組織邊界極具挑戰、殘余腫瘤容易造成復發，外科手術仍然是多模式治療中非常重要的一個層面。在本項研究中，作者構建的SFH既可以作為基本治療手段，也可以作為外科手術的輔助手段。在這些治療中，SFH通過注射或者噴霧的形式遞送涂覆到復雜組織表面，再通過擴散-填充的形式對組織形貌進行響應而做出形變。其能釋放miRNA納米顆粒進入癌癥細胞并進一步釋放基因沉默物質。這一策略在間皮瘤的治療中取得了良好的療效。除了具有開發新型材料的意義以外，這項研究工作還為利用腫瘤特異性miRNA治療間皮瘤提供了概念驗證性結果。這一重大發現或許能夠改變以間皮瘤為代表的表面癌癥的治療方式。

文獻鏈接：Surface-fill hydrogel attenuates the oncogenic signature of complex anatomical surface cancer in a single application, Nature Nanotechnology, 2021, DOI: 10.1038/s41565-021-00961-w.