肝癌基因治療研究取得進展

肝癌的發病機制複雜，傳統治療效果不佳且副作用大。而基因治療具有針對性強、副作用小的優勢。因此，基因治療有希望成為臨床上繼放療、化療之後的又一肝癌治療手段。在眾多基因療法中，自殺基因/前體藥物系統療法由於其獨特的「旁觀者效應」最具有臨床轉化潛能。自殺基因/前體藥物系統療法是通過將自殺基因和前體藥物導入腫瘤細胞中，並利用自殺基因編碼相關的酶，進而將無毒性的前體藥物轉化成有毒性的藥物，從而殺死腫瘤細胞的癌症治療策略。然而，自殺基因/前體藥物系統療法的實際應用中，存在著前體藥物用量大、自殺基因轉染效率低、腫瘤靶向識別性差等缺點，因此開發一種具有生物相容性好、靶向性強、自殺基因和前體藥物在細胞內可協同釋放、多種治療方法可聯合治療的多功能納米載體十分關鍵。

中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所研究員董文飛團隊博士王政與合作者共同開發了磁-介孔二氧化矽納米粒子為基礎的肝癌診治系統，實現了自殺基因和前體藥物在細胞內協同釋放、核磁成像介導、磁靶向作用和磁熱治療增強的肝癌自殺基因治療策略。在有效殺傷腫瘤細胞的同時，降低了自殺基因/前體藥物系統治療方法的副作用，提高了肝癌綜合治療的效果。並通過系統地比較兩種不同形貌（核殼與非對稱）的磁介孔二氧化矽納米粒子在載葯釋葯、基因轉染、肝癌治療以及核磁成像上的功效，揭示了非對稱磁-介孔二氧化矽納米粒子在核磁成像引導、磁靶向增強、磁熱治療聯合的自殺基因/前體藥物肝癌治療上的優勢。

科研人員首先合成了兩種不同形貌的磁介孔二氧化矽納米粒子（M -MSNs），一種為球狀的磁介孔二氧化矽納米粒子（S-M-MSNs），一種為棒狀的磁介孔二氧化矽納米粒子（R-M-MSNs）。隨後在M-MSNs介孔內部修飾pH敏感基團，並擔載前葯GCV。然後在納米粒子表面修飾PEG-g-PLL多聚物以提高M-MSNs穩定性，並在其表面偶聯編碼腺苷激酶的質粒，作為自殺基因。科研人員對兩種不同形貌的M-MSNs進行了表徵，發現兩種M-MSNs都表現出了均一的形貌、極好的穩定性、優秀的超順磁性、極強的藥物裝載能力和高的基因轉染效率。此外，在交變磁場的作用下，兩種M-MSNs都展現了高效的磁熱轉換效應。在細胞水準和動物水準上，基於M-MSNs的自殺基因治療具有了一定的抗肝癌效果。當與磁靶向作用與磁熱治療聯用時，基因治療的療效獲得了明顯的提高。此外，科研人員通過檢測小鼠的體重、肝脾腎重量指數以及血清生化學指標和觀察組織臟器的結構，發現這種磁介導的自殺基因治療具有極好的生物安全性。此外，科研人員還揭示了M-MSNs在核磁成像T2加權增強上的功能，證明了其在肝癌診斷治療一體化的應用潛質。更重要的是，通過系統地比較R-M-MSNs和S-M-MSNs，可以發現R-M-MSNs具有載葯能力更強、藥物釋放更快、基因轉染效率更高、磁熱轉換效率更好的優勢，因此在肝癌的治療上，具有更好的腫瘤抑製作用。綜上所述，研究闡明了一種基於M-MSNs的，由核磁成像引導、磁靶向增強、磁熱治療聯合的自殺基因/前體藥物肝癌治療新策略。研究成果發表於Biomaterials 154 (2018) 147-157。

圖1為兩種不同形貌的磁介孔二氧化矽納米粒子的合成和在核磁成像引導、磁靶向增強、磁熱治療聯合的自殺基因/前體藥物肝癌治療上的應用。

圖2為兩種不同形貌的M-MSNs的表徵：（a，c）透射電鏡；（b，d）掃描電鏡；（e）磁性能表徵；（f）介孔性能表徵；（g）S-M-MSNs和（h）R-M-MSNs的粒徑分布。結果表明，兩種M-MSNs均具有均一的形貌，較好的分散性，優異的超順磁性和介孔性質。其中，R-M-MSNs的磁性能優於S-M-MSNs。

圖3為不同濃度的S-M-MSNs與R-M-MSNs的核磁成像效果；（b）不同濃度的S-M-MSNs與R-M-MSNs的橫向弛豫效率；裸鼠尾靜脈注射（c）S-M-MSNs與（d）R-M-MSNs在有無外加磁場作用下的核磁成像效果；（e）S-M-MSNs與R-M-MSNs在腫瘤組織以及心肝脾肺腎的生物分布。結果表明，R-M-MSNs具有比S-M-MSNs更好的MRI性質。兩種M-MSNs經靜脈給葯後，都可以通過EPR效應，積累在腫瘤部位。且磁靶向作用可以進一步增強M-MSNs在腫瘤部位的積累。相比於S-M-MSNs-P@GCV， R-M-MSNs-P@GCV在腫瘤部位的積累效率更高。

圖4為兩種M-MSNs@-P@GCV@pTK的肝癌治療效果。（a）腫瘤照片（b）腫瘤生長曲線（c）腫瘤重量（d）治療一周和兩周後的裸鼠的核磁成像圖。結果表明，兩種M-MSNs@-P@GCV@pTK都表現出了極好的自殺基因治療效果。在磁靶向作用和磁熱治療的增強下，兩種M-MSNs@-P@GCV@pTK都獲得了明顯地提升。其中，R-M-MSNs@-P@GCV@pTK的腫瘤抑製作用優於S-M-MSNs@-P@GCV@pTK的肝癌治療。此外，可以通過MRI對療效進行無創評價。