燕山大學高大威團隊ACS Nano: 基于熱電催化的“納米淋巴”降低腫瘤間質壓力，實現增強滲透與水動力治療

引言

目前，抗腫瘤納米藥物在腫瘤的遞送效率少于1％，引起了對抗腫瘤納米藥物傳遞效率的廣泛討論。腫瘤部位的壓力屏障被認為是限制遞送效率的重要原因之一。這是由于在腫瘤組織處缺乏淋巴系統，血液通過高通透性的血管間隙向腫瘤間質輸注后無法回流到血液系統，導致腫瘤間質壓力(TIP)逐漸升高。升高的TIP形成極難抗衡的阻力限制血液向腫瘤部位的持續灌注，大量的藥物聚集在腫瘤邊緣，無法通過對流擴散滲透腫瘤中心。研究發現由于腫瘤間質液的主要成分是水，且水含量與TIP呈明顯的正相關，因此若通過降低水的含量來降低腫瘤間質液的體積，使TIP降低，打通了類似淋巴引流樣的血液淋巴循環的路徑，就可以使血液攜帶藥物持續向腫瘤組織深層遞送，增強抗腫瘤藥物滲透效率。

成果簡介

近日，燕山大學高大威團隊報道了一種“納米淋巴”策略，該策略從組織液、血液和淋巴的角度闡明納米藥物瘤內遞送機制，為增強藥物滲透效率的提供了嶄新的視角。首先，“納米淋巴”通過透明質酸介導的腫瘤靶向富集在腫瘤位點，在近紅外二區激光照射下實現光熱治療，在腫瘤位置產生的高熱能夠直接殺傷腫瘤，并且能夠消融細胞外基質從而降低腫瘤間質固壓，溫度的變化使“納米淋巴”實現熱電催化，分解腫瘤間質液中的水，降低腫瘤間質液壓，在催化過程中產生活性氧(ROS)進一步誘導腫瘤細胞凋亡。隨后，持續降低的TIP會增強腫瘤間質內的對流擴散，將血液及其攜帶的更多的“納米淋巴”從血管泵入腫瘤組織，向深層腫瘤細胞滲透。這種通過解水來降低TIP和ROS，以提高給藥效率和治療效果的治療方法被定義為水動力學療法。結果顯示，“納米淋巴”將腫瘤組織中的TIP降低至52%，表現出良好的腫瘤滲透性和治療效果。該成果以“Pyroelectric Catalysis-Based “Nano- Lymphatic” Reduces Tumor Interstitial Pressure for Enhanced Penetration and Hydrodynamic Therapy”為題發表在ACS Nano上。

圖文導讀

“納米淋巴”的制備及其增強滲透機制

圖1 樣品表征

a-c) 樣品的電鏡與能譜

d）原子力顯微鏡

e）樣品粒徑

圖2 熱電性質

a 熱電效應機制圖

b-e 電化學阻抗表征

f COMSOL模擬

g-h 光熱性質

i-j 熱電性質

k-l M-S曲線

圖3 熱電催化

a 熱電催化原理

b-d 熱電催化結果

e 體外滲透性

f-g 光熱性能

圖4 細胞實驗

a-b 細胞攝取

c ROS檢測

d-g 細胞毒性分析

圖5 3D細胞球

a 3D細胞球培養

b-d 樣品對3D細胞球毒性分析

圖6 體內實驗

a 體內實驗過程

b-d 體內抗腫瘤效果

e-g 體內安全性

圖7 體內滲透實驗

a 體內滲透原理

b-g “納米淋巴”降低TIP效果

h “納米淋巴”滲透效果

小結

綜上所述，作者從嶄新的角度出發探索納米藥物在瘤內的遞送機制，引入水動力學的概念填補這一領域的機制缺失，并首次將熱電催化解水的策略應用于腫瘤間質液壓降低這一難題。作者重點研究了由于淋巴缺乏導致的高TIP、腫瘤體積、腫瘤含水量和藥物遞送之間的關系。結果表明，水依賴性的TIP形成了一種難抗衡的生物屏障，阻礙了納米藥物向腫瘤中心的對流擴散。制備的“納米淋巴管”在溫度變化下分解間質液，顯著降低TIP水平，從而提升了納米藥物在腫瘤內對流擴散的遞送效率。此外，這一過程中產生的高熱與ROS可以有效損傷腫瘤細胞。這一兼具提升藥物遞送效率和增強治療效果的策略被首次定義為水動力學治療，打開了瘤內藥物遞送的新篇章。

文獻鏈接：Yuchu He et al. Pyroelectric Catalysis-based “Nano-Lymphatic” Reduces Tumor Interstitial Pressure for Enhanced Penetration and Hydrodynamic Therapy, ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.1c03048

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c03048

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