激光散斑血流成像系統(tǒng)揭示血流速對(duì)納米藥在實(shí)體瘤內(nèi)蓄積和滲透的影響

已有研究表明，納米藥物能夠改善傳統(tǒng)化療藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和生物分布，有助于增強(qiáng)腫瘤靶向性，降低腫瘤殺傷藥物的生物毒性和副作用。然而，納米藥物是如何進(jìn)入腫瘤組織并在腫瘤組織中蓄積的，目前尚不清楚。

雖然目前已有大量納米藥物被FDA批準(zhǔn)用于治療惡性腫瘤，但只有少數(shù)藥物表現(xiàn)出令人滿(mǎn)意的臨床療效，讓人驚訝的是，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，全身給藥后達(dá)到實(shí)體瘤內(nèi)的藥物比例不到1%。因此，增加納米藥物在腫瘤內(nèi)的蓄積和滲透對(duì)于提高納米藥物的療效或降低毒副作用至關(guān)重要。

高滲透長(zhǎng)滯留效應(yīng)(enhanced permeability and retention effect，EPR)被認(rèn)為是納米藥物靶向?qū)嶓w瘤的中心法則，該法則解釋了一些大分子藥物或一定大小的顆粒(如脂質(zhì)體、膠束和納米顆粒等)能夠穿透和積聚在腫瘤組織中的現(xiàn)象。

然而遺憾的是，雖然EPR效應(yīng)已在嚙齒類(lèi)動(dòng)物中得到驗(yàn)證，但根據(jù)EPR效應(yīng)設(shè)計(jì)的納米載體卻幾乎沒(méi)有治療效果，這顯著限制了它的臨床轉(zhuǎn)化。因此，需要更基礎(chǔ)、更精細(xì)化的研究來(lái)闡明納米藥物進(jìn)入實(shí)體瘤的根源。

2023年5月4日，浙江大學(xué)游劍/羅利華團(tuán)隊(duì)在Nano Today期刊上發(fā)表題為T(mén)he Effect of Blood Velocity in Solid Tumor on Intratumorally Accumulation and Penetration of Nanocarriers and Drugs研究論文，在該研究中，作者首次通過(guò)改變腫瘤內(nèi)凝血環(huán)境(intratumoral coagulation environment, ICE)構(gòu)建了幾個(gè)不同血流速度的裸鼠實(shí)體瘤模型。當(dāng)ICE具有抗凝特性時(shí)，腫瘤血管內(nèi)血流速度的增加有助于納米載體滲透到腫瘤內(nèi)部的間隙，反之則導(dǎo)致納米載體在腫瘤血管內(nèi)的蓄積。并且研究結(jié)果還表明，上述兩種情況均會(huì)導(dǎo)致腫瘤內(nèi)藥物濃度明顯升高，這可能有利于腫瘤靶向治療的多樣化。
 

由于腫瘤的異質(zhì)性，無(wú)論是在不同類(lèi)型惡性腫瘤中，還是在同一腫瘤內(nèi)不同的位置，其血流速度都存在顯著差異。

研究發(fā)現(xiàn)血流速度與內(nèi)皮細(xì)胞攝取能力呈負(fù)相關(guān)，內(nèi)皮靶向藥物可降低血流速度對(duì)其攝入的影響。然而，在全身給藥后，腫瘤內(nèi)不同血流速度是否會(huì)影響納米載體在腫瘤區(qū)域的蓄積，目前尚缺乏研究。

為此，作者通過(guò)改變ICE來(lái)構(gòu)建不同血流速度的動(dòng)物模型，以研究腫瘤血管內(nèi)血流速度對(duì)納米藥物在腫瘤內(nèi)的蓄積和滲透的影響。

在皮下接種LLC細(xì)胞(一種小鼠肺癌細(xì)胞系)的裸鼠荷瘤模型中，作者觀察到瘤內(nèi)注射抗凝劑阿司匹林后瘤內(nèi)血管血流速度明顯加快，瘤內(nèi)注射促凝劑血凝酶后瘤內(nèi)血管血流速度明顯減慢(為了評(píng)估動(dòng)物瘤內(nèi)血流變化情況，該研究用到了瑞沃德公司生產(chǎn)的激光散斑血流成像系統(tǒng))。裸鼠腫瘤血管的初始血流灌注量為90~100 PU，在分別給予阿司匹林和血凝酶后，血流灌注量分別增加至140~150 PU或降低至50 PU左右。

此外，許多小的直線血管和螺旋血管在使用阿司匹林后比初始狀態(tài)更加突出，表明其血流速度增加；同時(shí)，在給予血凝酶后，流過(guò)腫瘤的血管內(nèi)血流信號(hào)消失，提示血管內(nèi)可能存在血液凝固和滯留。這些結(jié)果表明，作者通過(guò)改變ICE成功構(gòu)建了不同血流速度的腫瘤模型。
 

圖1. 調(diào)控ICE導(dǎo)致LLC荷瘤裸鼠腫瘤內(nèi)血流灌注改變
（圖中數(shù)據(jù)由瑞沃德激光散斑成像系統(tǒng)獲得）

隨后，作者進(jìn)一步探討了改變腫瘤內(nèi)血流速度對(duì)納米藥物在腫瘤內(nèi)的蓄積和滲透的影響，利用上述裸鼠荷瘤模型，作者首先探討了血流速度對(duì)DID熒光探針標(biāo)記的納米脂質(zhì)體(DID-Nanoliposome, D-NL)在腫瘤內(nèi)的蓄積和滲透的影響。

在通過(guò)尾靜脈注射給予D-NL后，在腫瘤內(nèi)注射阿司匹林會(huì)導(dǎo)致D-NL在腫瘤中的熒光強(qiáng)度顯著低于對(duì)照組，作者推測(cè)腫瘤內(nèi)血流速度的增加可能導(dǎo)致大量 D-NL 通過(guò)腫瘤內(nèi)的血管流出，從而降低腫瘤內(nèi)D-NL的蓄積，表明上調(diào)血流速度降低了D-NL在腫瘤血管中的滯留。

有趣的是，通過(guò)測(cè)量D-NL到血管的距離并進(jìn)行定量，作者發(fā)現(xiàn)上調(diào)血流速度會(huì)增加D-NL從腫瘤血管到腫瘤細(xì)胞的滲透。同時(shí)，大量血液的流入和流出使得腫瘤血管從閉合變?yōu)閿U(kuò)張，進(jìn)一步損害了腫瘤內(nèi)血管的完整性，可能增加了D-NL的EPR滲透效應(yīng)。

隨后，作者探討了促凝劑對(duì)D-NL在腫瘤內(nèi)蓄積和滲透的作用。結(jié)果顯示，瘤內(nèi)注射血凝酶會(huì)顯著增加D-NL在腫瘤內(nèi)的熒光強(qiáng)度，表明腫瘤內(nèi)血流速度的降低加劇了D-NL在腫瘤血管中的滯留，促進(jìn)了納米顆粒在腫瘤內(nèi)的蓄積。
 

圖2. 瘤內(nèi)注射阿司匹林導(dǎo)致D-NL在腫瘤血管中的滯留減少，向腫瘤細(xì)胞的滲透增加

此外，考慮到納米脂質(zhì)體與其他納米載體相比具有更好的生物相容性和更高的生物利用度，因此作者還選擇了另一種相對(duì)較硬的脂質(zhì)載體并加載了抗腫瘤藥物(docetaxel nanoemulsion, DTX-NE; 紫杉醇納米乳)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)果。

與D-NL相似，瘤內(nèi)血流速度升高導(dǎo)致腫瘤內(nèi)D-DTX-NE (DID/DIR標(biāo)記的DTX-NE)的熒光強(qiáng)度顯著降低，而瘤內(nèi)血流速度降低則會(huì)造成腫瘤內(nèi)D-DTX-NE的熒光強(qiáng)度明顯升高。

并且，作者還意外發(fā)現(xiàn)，無(wú)論腫瘤內(nèi)血流速度上調(diào)還是下調(diào)，腫瘤內(nèi)藥物(DTX)的含量都顯著增加。對(duì)于血流速度上調(diào)后腫瘤內(nèi)藥物蓄積增加，作者推測(cè)可能是由于血流加快導(dǎo)致藥物進(jìn)入腫瘤內(nèi)血管的頻率增加以及腫瘤內(nèi)血管擴(kuò)張導(dǎo)致藥物的滲透性增加所致。
 

圖3. 腫瘤內(nèi)血流速度上調(diào)或下調(diào)導(dǎo)致腫瘤內(nèi)藥物(DTX)含量升高

綜上，該研究通過(guò)調(diào)控ICE構(gòu)建了幾種具有不同瘤內(nèi)血流速度的動(dòng)物模型，并證明了不同的血流速度可以顯著影響納米載體和藥物在腫瘤內(nèi)的蓄積和滲透。

其中，增加血流速度可以減少納米載體在腫瘤內(nèi)的滯留，但增加了納米載體和藥物的滲透，促進(jìn)藥物在腫瘤組織中的蓄積；而限制腫瘤內(nèi)血流速度則導(dǎo)致納米載體和藥物在腫瘤血管內(nèi)大量滯留，從而增加了腫瘤內(nèi)藥物的含量。

該研究結(jié)果表明，改變血流速度在提高納米藥物腫瘤靶向效率方面具有不同的優(yōu)勢(shì)，這可能為腫瘤靶向納米載體的設(shè)計(jì)和納米藥物的臨床轉(zhuǎn)化提供新的見(jiàn)解和思考。

研究方法亮點(diǎn)
這項(xiàng)工作作者揭示了腫瘤內(nèi)血流速度對(duì)納米藥物在實(shí)體瘤內(nèi)蓄積和滲透的影響。

研究用到了動(dòng)物手術(shù)造模、腫瘤微循環(huán)激光散斑血流成像分析、動(dòng)物活體熒光成像以及免疫組化等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。瑞沃德深耕生命科學(xué)研究領(lǐng)域21年，一直致力于為客戶(hù)提供可信賴(lài)的解決方案和服務(wù)。

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瑞沃德RFSLI ZW激光散斑血流成像系統(tǒng)
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