2024年9月3日，暨南大学光子技术研究院院长关柏鸥团队在期刊《Light: Science & Applications volume》上发表了题为“Fiber-optic drug delivery strategy for synergistic cancer photothermal-chemotherapy”的研究论文。在这项研究中，纤化疗策略结合了精确的药物递送、药物释放的精确可控性、高药物渗透性和肿瘤保留率、低脱靶率，以及实时药物释放和温度反馈，执行简单而精确的光热化疗途径。不仅如此，团队所提出的策略具有巨大的前景，可以为抗肿瘤药物的高效评估和筛选，提供一个革命性的按需给药平台。
https://www.nature.com/articles/s41416-024-02825-1
研究背景
01
癌症是由细胞分裂的病理生理学改变引起的，是全世界最致命的疾病之一。2020年记录的癌症新发病例超过1,930万例，死亡人数超过1,000万例。根据美国癌症研究协会（AACR）的报告，到2030年，癌症新发病例和1,620万死亡人数，将分别达到2,800万和1,620万。肿瘤切除术、放疗和化疗，是标准护理的主要计划。与其他同类药物相比，化疗只是通过静脉注射或口服将治疗剂输送到肿瘤，具有无/微创和无电离辐射等优点。在这方面，药物在肿瘤病灶中的高度积累，对于提高治疗的有效性和安全性至关重要。然而，化疗药物的常规使用的被动血管或胃肠道递送通，常面临药物蓄积率低的挑战（给药总剂量的1%可以到达肿瘤）。大量的解离药物，不可避免地会损害循环系统介导的正常组织和器官，导致严重的副作用，如心脏毒性、肾毒性、肝毒性或肺纤维化。因此，递送效率差，会显著影响药物治疗的有效性，甚至影响药物评价的准确性。
肿瘤靶向控释药物，是提高递送效率的可行途径。它依靠反应性纳米载体，将药物加载和引导至肿瘤，然后在PH值、酶、氧化还原、温度、电磁场、光和超声波等刺激下解锁它们。特别是，由于激光辐射出色的时空可控性和非侵入性，光热介导的药物激活是一种很有前途的靶向释放方案。光热效应导致局部热疗引起的肿瘤立即减瘤，这也可以通过重塑肿瘤微环境（TME）来提高化疗药物的有效性，如血流、血管通透性、细胞外PH值、间质液压力，促进与化疗联合使用，以增强抗肿瘤效果。无论在药物研究和临床应用中，外部光辐射的组织穿透性有限，药物保留费时且不足，以及缺乏原位药物释放监测，都阻碍了当前的光热化疗技术。一些药物输送系统已经利用光纤，来解决上述问题。然而，缺乏实时传感功能和协同处理。
在此，团队提出了一种多功能的光纤药物递送和控释系统，以实现癌症的高效光热化疗。光纤除了将光子输送到肿瘤深部病灶外，还可以加载光热增敏剂和化疗药物，并通过介入方法，精确引导它们靶向肿瘤。具体来说，微创光纤光热疗法可以增强肿瘤的血管通透性并调节TME，使药物充分渗透到整个肿瘤中。此外，包裹药物的熔化琼脂糖水凝胶颗粒，可以更长时间地对接在肿瘤上，并继续利用Dox破坏肿瘤细胞，这与经导管动脉化疗栓塞术（TACE）具有相似的效果，但具有更优的药物释放率。体外和体内实验结果，都证实了光纤药物递送探针的显著功效。异种移植物的HepG2肿瘤只需使用一个光纤探针，即可通过一次持续10分钟的治疗完成根除。使用琼脂糖材料和Dox，它们都获得了美国食品和药品监督管理局（FDA）的批准，以及被笼在纤维芯中，并在处理后与纤维一起取出的光热敏化剂，充分保证了这种新方法的生物安全性。治疗后药物生物分布的结果，进一步揭示了所提出的药物递送策略的高肿瘤靶向效率，没有证据表明其影响正常组织和器官。这些优势使该技术超越了治疗探针，为新型抗癌药物的研发提供了高效且兼容的药物筛选和评估策略，甚至重新评估由于全身毒性而被排除的药物。
微型侵入性药物递送平台。
研究进展
02
光纤药物递送探针的体外抗癌性能
+L+D组在72小时的增殖降低到18%，空白组（256%） 和+L-D（228%）组之间的统计差异，证明了通过成功的Dox释放，对癌细胞增殖的抑制。结晶紫试验（活细胞吸收染料并被染色）也证实了这种效果。+L+D和D组的浅紫色甚至透明紫色，显示出消除癌细胞的能力。
与空白组（24h：33.3a.u./5.7a.u.；48h：43.4a.u./10.1a.u.） 相比，+L+D组较低的AO强度和较高的PI强度，表明对HepG2细胞具有致死毒性作用，这与CCK-8检测结果一致。
光纤药物递送探针的体外抗癌性能。
参考资料：
1.Chhikara, B. S. & Parang, K. Global cancer statistics 2022: the trends projection analysis. Chem. Biol. Lett. 10, 451 (2023).
2.Williams, P. A., Zaidi, S. K. & Sengupta, R. AACR cancer progress report 2022: decoding cancer complexity, integrating science, and transforming patient outcomes. Clin. Cancer Res. 28, 4178–4179 (2022).
