背景介紹:缺氧從異常腫瘤血管，過度腫瘤細胞增殖和異常淋巴系統(tǒng)產(chǎn)生是在幾乎所有實體瘤中常見的惡性現(xiàn)象。根據(jù)之前的研究，腫瘤缺氧已被證明是腫瘤治療失敗的重要原因之一。特別是對于放射療法，氧氣是殺死腫瘤的活性氧的產(chǎn)生所必需的元素。因此，低氧腫瘤微環(huán)境通常是放療抵抗的重要原因。腫瘤通常是低氧的，這限制了當前腫瘤療法的功效，尤其是放射療法，在該療法中氧氣對于促進輻射誘導(dǎo)的細胞損傷至關(guān)重要。全氟化碳，一組的化學惰性的優(yōu)異的生物相容性合成的分子，已被廣泛研究或在臨床用于各種目的，包括人造血液替代，器官保存，超聲成像和氟磁性成像中使用。

本論文研究人員通過利用全氟化碳（PFC）促進紅細胞滲透的能力，開發(fā)了一種簡單而有效的兩階段氧氣輸送策略，以使用PFC納米顆粒調(diào)節(jié)缺氧腫瘤的微環(huán)境。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

將4 mL制備好的PFTBA HSA納米顆?；蛎浇槲铮?2 mg/mL HSA）存儲在無菌氧氣室中（O 2流量=5 L/min），進行PFC氧合1分鐘。使用Unisense氧氣微電極測量溶液中的氧氣濃度。

實驗結(jié)果

發(fā)現(xiàn)PFTBA全氟化碳納米粒子可以通過物理溶解的氧增加RBC的滲透和O 2遞送。建立了一個兩階段的O 2的PFTBA作為氧氣載體，PFC被封裝到白蛋白中，并且在沒有高氧呼吸的情況下靜脈注射到荷瘤小鼠中。在腫瘤中積累后，PFC納米顆粒迅速釋放了物理溶解在PFC中的氧氣，這是氧氣輸送的第一階段。然后，PFC隨后促進了紅細胞浸潤，進一步釋放了O 2作為氧輸送的第二階段。與應(yīng)用兩階段氧氣輸送系統(tǒng)后的賦形劑相比，對乳腺癌放射治療（SUM149PT）的腫瘤生長率從40％降低至14％。對于低氧結(jié)腸癌（CT26），腫瘤的生長率也從30％降低到15％。此研究工作提供了一種簡單但有效的方法來逆轉(zhuǎn)腫瘤缺氧，從而逆轉(zhuǎn)腫瘤對放射療法的抵抗力。PFTBA HSA顯示出未來臨床過渡的巨大希望，因為包括PFTBA和白蛋白在內(nèi)的所有藥物均可在臨床上獲得，并且已被證實無毒。

圖1、兩階段氧氣輸送系統(tǒng)的示意圖。靜脈注射后，PFTBA HSA的納米顆粒在腫瘤部位積累由于EPR效應(yīng)和釋放物理結(jié)合直徑（1ST階段氧供應(yīng)）。同時PFTBA可以有效抑制腫瘤血管中的血小板活化，破壞維持良好的腫瘤血管屏障，從而導(dǎo)致RBC（紅細胞）的浸潤增加以及RBC在腫瘤中的氧輸送（第二階段氧供應(yīng)）。

圖2、PFTBA HSA的合成及特征。（A）展開自組裝方法的示意圖。首先通過切斷二硫鍵暴露白蛋白的疏水區(qū)域，然后與全氟化碳自組裝以形成PFTBA HSA納米顆粒。（B）通過動態(tài)光散射檢測的PFTBA HSA直徑。（C）PFTBA HSA的TEM圖像。（D）PFTBA HSA與以下不同溶液混合的穩(wěn)定性：H 2 O，PBS和血漿。（E）在1個大氣壓下O 2吸附的PFTBA HSA的氧釋放曲線。

圖3、PFTBA HSA對血小板功能和紅細胞浸潤的影響。（A）在媒介物或PFTBA HSA存在下被凝血酶激活的血小板聚集的代表性圖像。白色箭頭表示血小板聚集的位置；比例尺=50μm。（B）凝血酶誘導(dǎo)的血小板凝集。將數(shù)據(jù)計算為活化前后的吸光度比（n＝6）。（C）ATP從凝血酶激活的血小板中釋放（n=6）。（D）凝塊縮回的代表性照片。（E）定量血清重量（n＝8）。（F）凝結(jié)重量的定量（n=8）。（G）PFTBA HSA處理的腫瘤切片在不同時間的H＆E染色。白色箭頭表示RBC；比例尺=25μm。（H）賦形劑或PFTBA HSA給藥后血紅蛋白的定量（n=6）

圖4、使用氧微電極探針定量檢測CT26腫瘤內(nèi)氧濃度(n=7)，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示。

圖5、應(yīng)用氧氣微電極在1個大氣壓下PFC HSAs的氧結(jié)合能力，數(shù)據(jù)顯示取平均值±標準差。

結(jié)論與展望

氧氣是殺死腫瘤活性氧的產(chǎn)生所必需的元素。因此低氧腫瘤微環(huán)境通常是放療抵抗的重要原因。盡管有不同的策略已經(jīng)提出了相反的腫瘤缺氧和獲得更好的結(jié)果放療，但仍沒有良好的氧供體又是可供臨床使用，以減輕腫瘤缺氧。全氟化碳是一組的化學惰性的優(yōu)異的生物相容性合成的分子，它們的高氧溶解度，全氟化碳已被廣泛探索作為氧供應(yīng)商加大放射治療或光動力學療法的治療結(jié)果。研究人員以全氟三丁胺（PFTBA）具有所有全氟化碳化合物中最強的血小板抑制作用。利用PFTBA的血小板抑制作用，以白蛋白為載體，建立了一個兩階段的O 2遞送系統(tǒng)PFTBA HSA。其中PFTBA HSA納米顆?；蛎浇槲镌谌芤褐嗅尫叛鯘舛鹊男阅苁峭ㄟ^unisense氧氣微電極測試完成的，unisense氧氣微電極能夠快速的測試出溶液中氧濃度的微小變化，從而能夠全面了解全氟化碳PFTBA納米顆粒調(diào)節(jié)氧的性能。該研究工作提出了一種簡單而有效的方法來逆轉(zhuǎn)腫瘤缺氧對放療的抵抗力，提出了關(guān)于兩階段供氧可快速緩解缺氧性腫瘤的微環(huán)境，有效提高放療療效。臨床上已證明了研究中使用的所有物質(zhì)的安全性，確?？梢詫⒃摵唵尾呗钥焖?，輕松地轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用來解決與腫瘤缺氧相關(guān)的臨床問題。