HHBP通过调节肿瘤乏氧和诱导过度自噬增强肿瘤声动力治疗研究

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目的:声动力学疗法(Sonodynamic therapy,SDT)作为一种新兴的肿瘤治疗方式,其主要利用超声(Ultrasound,US)触发声敏剂产生活性氧(Reactive oxygen species,ROS)而杀死癌细胞。尽管SDT有无创、较大的穿透深度、安全性高等优点,但其氧依赖性严重限制了SDT肿瘤治疗效果。本论文的主要目的是为了解决目前SDT在乏氧肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)中疗效不佳的问题,提出一种基于呼吸链抑制剂负载的硅基纳米声敏剂的氧气节约策略用于改善乏氧,同时诱导过度自噬增强肿瘤的治疗效果,并探索其在SDT中的可行性。主要分三个部分展开:1)复合纳米声敏剂的制备及体外的性能探究;2)复合纳米声敏剂细胞摄取、ROS产生及生物安全性验证;3)复合纳米声敏剂增强SDT疗效及其机制研究。方法:采用溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅纳米颗粒;然后将有机层涂覆在纳米颗粒表面得到有机-无机杂化纳米颗粒(MONs@Si O2)。最后,用氨水刻蚀得到HMONs。再将3BP和HMME搭载到HMONs上,连接PEG,得到新型纳米声敏剂(HMME@HMONs-3BP-PEG,HHBP)。通过透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)、紫外可见光分光光度法(Ultraviolet and visible spectrophotometry,UV-vis)、傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared,FT-IR)、电子自旋共振谱仪(Electron spin resonance,ESR)等表征手段验证HHBP体外理化性质并验证其体外产生ROS的性能。通过细胞毒性试验评价HMONs的生物安全性,并在细胞水平上通过激光共聚焦显微镜验证超声刺激促进细胞吞噬及ROS生成效果。通过酶标仪检测细胞内ATP和乳酸含量验证抑制细胞呼吸效果,采用流式细胞术等技术验证自噬协同SDT治疗效果。进一步地,通过小鼠血常规、血生化、病理分析检测HHBP的体内生物安全性。通过构建小鼠乳腺癌皮下瘤模型,并比较不同实验组治疗荷瘤小鼠的肿瘤生长情况;使用免疫荧光技术检测HHBP在瘤内ROS生成和缓解乏氧情况。通过超声造影检测肿瘤部位血供情况,H&E染色、TUNEL染色观察肿瘤凋亡情况,Ki67染色观察治疗后肿瘤细胞增殖情况。结果:成功制备HHBP纳米声敏剂,TEM下为类圆形介孔结构,材料分散均一,粒径为100 nm左右。体外性能实验证实HHBP在GSH环境中具有可降解性;能够实现GSH/p H/US三重响应性释放(HMME 48 h内释放率约为76.5%)。HHBP在US刺激下产生~1O2,产量随时间延长而增多。细胞实验结果表明超声能促进纳米颗粒的摄取,促进HHBP能在超声辐照下产生ROS,使细胞内ATP和乳酸含量减少。并且与对照组相比,实验组HIF-1α和HK-II蛋白表达明显减少,提示乏氧得到缓解;p62下调、LC3 II/I比值增高,表明细胞过度自噬。且细胞存活率降低至32.2%,凋亡率达到69.7%。体内荷瘤小鼠模型实验中,HIF-1α、DHE、LC3免疫荧光染色结果分别提示HHBP结合低强度超声能够缓解肿瘤内部乏氧,生成ROS,诱导自噬。超声造影及病理结果表明HHBP介导的SDT能促进肿瘤细胞凋亡坏死,抑制增殖,实现通过缓解乏氧和诱导过度自噬提高SDT治疗肿瘤效果。结论:我们构建了一种可生物降解的节氧型纳米声敏剂(HHBP),该纳米声敏剂能够针对肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)响应性释放3-BP,通过下调HK-II的表达抑制细胞呼吸,从而减少氧气消耗,促进缺氧肿瘤部位的ROS产生。增强ROS生成和3BP可以将自噬从保护性转变为促死亡自噬,实现通过缓解肿瘤乏氧和诱导过度自噬来增强肿瘤声动力治疗效果。本工作通过结合节省氧气改善乏氧与自噬相关的策略用于协同增强肿瘤SDT,为提高基于SDT的肿瘤治疗疗效提供一种切实可行的策略。
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