三維熒光成像技術在靶向治療GIST腫瘤研究中的應用
分子成像方式的進步可以加速對人類疾病的診斷和治療，基于此，澳大利亞分子成像學會于2021年6月下旬舉辦了本年度的學術研討會，旨在邀請全球范圍內的頂尖人員與團隊，分享和交流有關分子成像技術在醫學與生命科學領域的最新成果與進展。
本次會議以線上方式進行，來自哈佛大學醫學院與麻省總醫院的Homan Kang博士，圍繞團隊成功研發的一種“用于腫瘤靶向診斷治療、且可通過腎臟清除的”納米平臺作了精彩匯報。我們很榮幸地收到了第一手資料，特此進行分享。胃腸道間質瘤（GIST）是胃腸道最常見的間充質惡性腫瘤，手術切除是一種標準的治療方法，然而，由于腫瘤部位難以進行特異性的造影劑/治療劑靶向遞送，尺寸較小的腫瘤難以通過常規方法進行定位。此外，由于主要器官的高非特異性攝取及背景噪聲，導致分子成像難以用于術中指導及活體監測。在此種情況下，Kang博士的團隊研發了一種非粘性、腎臟可清除的治療診斷納米粒子（H-Dots）來靶向和治療GIST。
H-Dots不僅能夠針對GIST進行近紅外（NIR；650-900 nm）熒光圖像引導手術，還能夠靶向遞送抗癌藥物伊馬替尼（IM），從而有效治療不可切除的GIST。與游離IM相比，搭載于H-Dots的IM表現出更低的免疫系統攝取，從而提高了藥物的腫瘤特異性，增強了腫瘤抑制的效果。
H-Dots治療診斷納米平臺設計圖示
圖 1. H-Dots由NIR熒光環糊精與聚賴氨酸組成(ZW800-CDPL±)，兩性離子（zwitterionic）表面以及小于腎小球濾過閾值的尺寸（<5.5 nm），賦予其非粘性和腎臟可清除性。H-Dots可進一步與抗癌藥物IM形成包合物，將IM遞送和釋放到GIST腫瘤中。
藥物遞送與生物分布驗證
ZW800-1 NIR熒光染料與IM偶聯（該偶聯不會干擾IM靶向GIST細胞）后，將IM-ZW或IM-ZW/H-Dot包合物（此種情況下，H-Dot未再與任何NIR熒光團結合）分別注射到荷瘤小鼠體內，注射后24 h進行NIR成像，評估腫瘤靶向性和生物分布。
圖 2. IM-ZW在肝臟和脾臟中出現NIR熒光信號，但注射后24 h才定位到腫瘤部位；IM-ZW/H-Dot顯示出良好的腫瘤積累效果，多余的IM-ZW/H-Dot被排泄到膀胱中，從而在注射后24 h在腎臟中產生信號。（圖示所用縮寫為：Tu-腫瘤，Bl-膀胱，Du-十二指腸，He-心，In-腸，Ki-腎臟，Li-肝臟，Lu-肺，Mu-肌肉，Pa-胰腺，Sp-脾。）
體外療效和動力學研究
體外培養GIST-T1細胞，并以劑量依賴的方式分別用10μM至0.1 nM的IM、H-dot和IM/H-dot復合物處理。孵育24 h后評估細胞活力。
圖 3. H-Dot單獨處理組中未觀察到細胞毒性，且GIST-T1細胞形態表現為正常的細長紡錘形，表明納米載體本身是安全的。IM和IM/H-Dot處理組表現出顯著的劑量依賴性細胞毒性作用。經計算得出IM/H-Dot的半數最大有效濃度（EC50）為4.21 nM，而單獨的IM為7.82 nM，表明與游離IM相比，IM/H-Dots能夠更有效地將藥物遞送至腫瘤細胞中。
IM/H-Dot對體內腫瘤的治療效果利用異種移植GIST小鼠對IM/H-Dot的療效進行研究，并與游離IM、H-Dot和生理鹽水進行比較。通過NIR成像監測治療劑在腫瘤中的積累、生物分布以及對腫瘤生長的抑制情況。
圖 4. A）IM/H-Dot在腫瘤中積累，非靶向IM/H-Dot被排泄至膀胱中。
B）通過相對信號強度變化監測IM/H-Dot的藥物遞送情況。
C）IM/H-Dot組的腫瘤體積顯著低于IM、生理鹽水及H-Dot組的腫瘤體積。相對于游離IM，IM/H-Dot顯著增強了藥物的抗癌功效。
D)14天內每組小鼠的標準化體重，未觀察到IM/H-Dot組小鼠體重變化。
基于上述研究結果，Kang博士團隊證明了H-Dots系統可用于改善抗癌藥物的靶標特異性和藥效學特點，提高藥物系統對腫瘤部位的選擇性，增強其腫瘤抑制效果。
在研究過程中，為確認藥物遞送系統確實避免了非特異性攝取，可以通過NIR熒光成像來跟蹤遞送載體和抗癌藥物在體內的生物分布情況。對此，Kang博士進一步展示了團隊目前利用熒光斷層掃描技術獲得的NIR三維熒光圖像。（所使用的三維光學成像系統于2021年3月安裝于哈佛醫學院與麻省總醫院的戈登醫學影像中心，相關的臨床實驗動物研究工作隨即密切展開。）
圖 5. 利用FLECT/CT成像系統，Kang博士為目標探頭制作了校準曲線，并用來識別在2個不同時間點上、給定FOV中的信號強度。Kang博士表示，只有使用該設備才能獲得相關的三維近紅外熒光圖像與定量分析結果（使用傳統的二維光學成像設備無法滿足精確定位與定量分析的需求）。
綜上，基于H-Dots所設計的治療診斷納米粒子，具有極大的應用潛力，并有可能減少常規化學療法的副作用。而以三維熒光斷層技術為代表的下一代分子成像技術，可以有效幫助研究人員獲得更加豐富直觀的圖像數據。我們有理由相信，這些研究可以為開發理想的診斷治療平臺以及推進個性化醫療鋪平道路。
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