肿瘤纳米给药机制新发现,实为主动转运而非被动过程!

发布时间:2020-11-24 16:22     文章来源:未知     作者:百替生物

1986年,Jain和Maeda的研究小组证明了蛋白质和染料可以在VX2肿瘤和S180腹水肿瘤模型中积累,确立了纳米颗粒给药的原理。1998年,Jain的研究小组通过将不同大小的脂质体注射到小鼠肿瘤模型中确定了累积的大小范围,并使用透射电子显微镜观察一些间隙,发现纳米颗粒是利用内皮细胞之间的间隙穿过肿瘤血管并积累足够的量。

科研工作者皆以该间隙的最大尺寸2000nm为依据设计纳米颗粒,30年里,纳米颗粒合成方法以及尺寸与形状调整方法的进步不断推动了癌症纳米医学领域发展。然而,经过30年的临床转化,该领域出现了质疑的声音

2020年,加拿大多伦多大学Warren C. W. Chan等人探讨了纳米颗粒肿瘤渗透的现象,并质疑了纳米颗粒进入实体瘤的机制。该课题组发现内皮间隙并不是纳米颗粒进入实体肿瘤的原因,多达97%的纳米颗粒是通过内皮细胞的主动过程进入肿瘤的


纳米颗粒的跨内皮途径示意图
 
研究人员首先研究了肿瘤血管间隙的频率,TEM分析在U87-MG肿瘤血管切片中总共观察到21个间隙,还发现不同肿瘤模型中间隙的发生频率都很低,采用三维显微镜对大体积脉管系统进行评估也证实了这一点。
此外,通过数学模型和ICP-MS进行对比发现肿瘤的间隙比所观察到的纳米粒子积累所需的间隙要少60倍。TEM分析和模拟实验表明肿瘤血管大部分是连续的,没有足够的间隙来解释纳米颗粒肿瘤的聚集。

瘤间隙的频率表征
研究人员继而探索了纳米颗粒外渗的跨内皮途径,并通过TEM和三维显微镜分析跨内皮途径,结果显示间隙很少沿着肿瘤血管出现,且纳米颗粒可以通过跨内皮途径利用主动转运进入实体瘤 
为了探索哪种机制为主导地位,研究人员通过开发一个称为Zombie的模型,该模型保留了小鼠的血管结构,抑制跨内皮主动转运过程而保留间隙被动转运研究人员通过活体和Zombie模型中使用ICP-MS、TEM和三维成像对纳米颗粒肿瘤累积进行探究,结果表明活体对照组的肿瘤比间隙组的要高,只有少部分纳米粒子是通过间隙被动输送到肿瘤部位,仅占3-25%(有大小依赖性)。因此,纳米颗粒进入的主要机制是跨内皮。 
综上所述,研究人员发现纳米颗粒运输的主要机制是一个主动过程,而不是被动过程这些结果挑战了我们目前开发癌症纳米药物的理论基础,表明了解这些主动的途径将开启增强肿瘤积聚的策略。
研究人员在此项研究的基础上概述了今后的5个研究领域:(1)需要确定驱动纳米颗粒向实体瘤运输的分子机制;2)需要了解表面吸附蛋白在纳米颗粒与肿瘤内皮细胞相互作用中的作用;(3)可以设计策略来操纵肿瘤内皮以增强纳米颗粒的跨内皮运输;(4)需要阐明不同的肿瘤血管类型和不同的跨内皮途径相对于不同的纳米颗粒大小、形状和表面化学在外渗中的作用;(5)还需要了解免疫细胞和其他产生瞬时渗透性的细胞的作用。这些研究将填补我们对纳米颗粒进入肿瘤的理解中的空白,并能够制定策略来克服癌症纳米药物临床转化的不足!
 

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参考文献:
[1] Sindhwani S., et al. The entry of nanoparticles into solid tumours. Nat. Mater., 2020. DOI: 10.1038/s41563-019-0566-2.

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