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古希臘聯軍利用「特洛伊木馬」智取特洛伊的故事已經傳頌了三千多年，在這漫漫歷史長河中，故事已然成了傳說，但它的史詩卻一再被演繹。最近，中國科學院深圳先進技術研究院鄭海榮研究團隊將「特洛伊木馬」的故事應用到腦膠質瘤的治療當中，取得了重要進展。
在科學技術蓬勃發展的今天，大多數腫瘤經臨床規範化治療後，患者的生存期及生存品質均有較為顯著的提升，然而，對於腦膠質瘤而言，對它的療效在近30年來卻沒有得到很大的改觀，腫瘤患者總體預後依然較差，5年生存率不足10%，中位生存期僅為12-15個月，被認為是目前最難治癒的腫瘤之一。那麼，是什麼原因阻擋了腦腫瘤醫生手術刀刃的鋒芒？又是什麼原因阻礙了藥物到達腫瘤的步伐？究其原因，這主要來自於腦膠質瘤兩個獨特的生物學特性導致的，一方面，膠質瘤細胞主要沿著神經纖維束浸潤生長，在顱內呈瀰漫性分布，沒有清晰的腫瘤邊界，導致手術難以切除所有的腫瘤細胞；另一方面，腦膠質瘤還受到顱內血腦屏障的保護，使得絕大多數小分子化療藥物和大分子生物藥物無法進入腫瘤組織，特別是血腦屏障沒有破壞的腫瘤區域，這大大限制了腫瘤藥物的療效。對於膠質瘤的治療，目前臨床上主要以手術切除為主，輔以包括放射治療和藥物治療在內的綜合治療，如何在保護腦功能區的基礎上儘可能多地切除腦膠質瘤細胞，並有效防止殘餘腦膠質瘤的複發是取得腦膠質瘤治療成功的關鍵。
中國科學院深圳先進技術研究院鄭海榮研究團隊發現利用免疫系統中重要的中性粒細胞，作為穿越血腦屏障的靶向細胞載體，同時結合具有磁共振成像（Magnetic resonance imaging, MRI）性能和載葯能力為一體的磁性介孔氧化矽納米顆粒，成功實現了對術後腦膠質瘤的診療可視化。這一研究成果於2018年11月14日發表在Nature Communications。
中性粒細胞是一種典型的分葉核白細胞，在炎症反應過程中，可被激活，並在血管內翻轉、粘附、爬行並快速向炎症組織靶向聚集。MRI技術具有無創、高太空解析度和高穿透深度等優勢，被廣泛用於結構影像與細胞示蹤研究。值得注意的是，中性粒細胞是一種吞噬性的末端分化細胞，半衰期為6-7小時。因此，MRI納米診療探針的信號強度不會隨著細胞增殖和細胞外排而減弱，這對於理解磁共振造影劑標記後的中性粒細胞特性、生物學效應及其膠質瘤診療應用具有重要的意義。
研究團隊利用中性粒細胞的生物學特性，將載阿黴素的磁性介孔氧化矽納米顆粒與中性粒細胞共孵育，得到具有MR成像性能的載葯中性粒細胞（細胞藥物輸運體系）。當通過靜脈注射到達術後腦膠質瘤炎性區域後，高度激活的載葯中性粒細胞可形成中性粒細胞胞外誘捕網（Neutrophil extracellular traps，NETs），同時釋放載葯納米顆粒並進入到浸潤的腫瘤細胞，達到磁共振影像示蹤「特洛伊木馬」細胞抑製腦腫瘤複發的目的（圖1）。
圖1：a）細胞藥物輸運體系製備示意圖；b）術後膠質瘤小鼠治療示意圖。
為了評價中性粒細胞在吞噬載葯納米顆粒後是否還保持其炎症趨化能力，研究人員將腫瘤壞死因子TNF-a刺激的bEnd.3內皮細胞鋪在Transwell的下室（圖2a）。當下室為無血清的培養基時，幾乎觀察不到細胞藥物輸運體系遷移通過Transwell膜，然而當下室為含有TNF-a的無血清培養基時，隨著時間的延長，穿過膜的中性粒細胞數目逐漸增多（圖2b），說明中性粒細胞在吞噬載葯納米顆粒後並不影響其趨向炎症遷移特性。接著，研究人員在小鼠體內建立膠質瘤術後模型，利用T2加權的MRI技術觀察細胞藥物輸運體系靶向術後腫瘤炎症區域的遷移情況。結果顯示，與單純的載葯納米顆粒相比，細胞藥物輸運體系在術後膠質瘤區域顯示增強的T2-MRI信號（圖2c），在靜脈注射2h後腫瘤部位相對磁共振信號強度下降超過30%（圖2d）。進一步對術後荷瘤小鼠大腦進行切片及普魯士藍染色，發現細胞藥物輸運體系在殘餘腦腫瘤區域有大量鐵的沉積（圖2e），證實中性粒細胞可以有效地將載葯納米顆粒運輸到炎症腦腫瘤組織，並可通過MRI進行體內載葯中性粒細胞的示蹤。
為了研究藥物是如何從中性粒細胞釋放進而發揮作用，研究人員將腦膠質瘤細胞鋪在共聚焦顯微鏡專用的培養皿上，然後與細胞藥物輸運體系共孵育2h後，發現有大量NETs的形成，同時可見熒遊標記的納米顆粒存在於中性粒細胞形成的誘捕網中（圖3a, b）。進一步延長孵育時間到4h，可在腫瘤細胞核周圍觀察到納米顆粒的存在（圖3c）。這些結果表明，載葯納米顆粒隨著NETs的形成，可從中性粒細胞釋放並被腫瘤細胞吞噬。
圖3：膠質瘤細胞與細胞藥物輸運體系共培養a, b）2h和c）4h後的共聚焦影像。
為了進一步考察該 「特洛伊木馬」在體內的療效，研究人員通過建立不完全切除的腦膠質瘤模型來模擬術後腦膠質瘤複發。結果發現，細胞藥物輸運體系具有最強的抑製腫瘤複發的效果，並顯著延長術後荷瘤小鼠生存期。此外，研究人員還通過流式細胞儀進一步分析了治療兩天后腫瘤組織中殘餘腫瘤細胞和腫瘤相關巨噬細胞的水準與活性狀態，發現細胞藥物輸運體系處理組中腫瘤細胞佔比出現明顯下降，且檢測到的腫瘤細胞凋亡比例鋼彈21%（圖4a-c）。對腫瘤組織中的腫瘤相關巨噬細胞（CD11bCD11bCD45HiLy6CHiLy6GCD11bCD45HiLy6CLoLy6G-的數量則大大減少，死亡比例也顯著增加（圖4d, e）。這些結果表明中性粒細胞不僅可以攜帶載葯納米顆粒到達術後腦膠質瘤區域，釋放藥物直接殺死腫瘤細胞，還可以誘導腫瘤組織中巨噬細胞的死亡，實現神奇的「特洛伊木馬」效應。
圖4：術後腦膠質瘤治療機制。a-c）流式細胞儀檢測腫瘤細胞佔比和死亡比例；d, e）細胞藥物輸運體系處理組術後殘餘腫瘤中腫瘤相關巨噬細胞的佔比和死亡比例。
中國科學院深圳先進技術研究院的鄭海榮和嚴飛研究員為該文的通訊作者，博士後吳玫穎為第一作者。該研究得到科技部973計劃（2015CB755500）和國家自然科學基金（81527901, 81327801, 81801843）等項目的資助。
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