新型微針可實(shí)現(xiàn)藥物遞送和生物標(biāo)志物檢測(cè)

黑色素瘤是一種最令人擔(dān)憂(yōu)的皮膚癌，病因是黑色素細(xì)胞生長(zhǎng)失控。雖然黑色素瘤患者可從現(xiàn)有的免疫療法中得到幫助，但到目前為止，并非所有患者都能受益，有超過(guò)50%的患者對(duì)目前的免疫療法藥物沒(méi)有反應(yīng)，而在最初有反應(yīng)的患者中，有許多也產(chǎn)生了耐藥性。因此，除了開(kāi)發(fā)更有效的免疫療法，還需要醫(yī)生能夠判定哪些患者在開(kāi)始治療時(shí)反應(yīng)良好，哪些患者保持或停止反應(yīng)，以便做出最佳的治療方案。

由于黑色素瘤患者皮膚癌變的損傷部位很容易察覺(jué)，所以根除癌變的有效方法可能是局部應(yīng)用免疫療法，而不是將藥物注入患者血液進(jìn)行系統(tǒng)性循環(huán)。此外，通過(guò)靈敏、連續(xù)地測(cè)量不同的生物標(biāo)志物——標(biāo)志著預(yù)期的免疫細(xì)胞激活和理想的炎癥反應(yīng)，來(lái)監(jiān)測(cè)免疫系統(tǒng)對(duì)腫瘤部位治療的反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)更好、更個(gè)性化的患者護(hù)理。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近日，美國(guó)哈佛大學(xué)韋斯生物啟發(fā)工程研究所（Wyss Institute at Harvard University）、麻省理工學(xué)院（MIT）和波士頓布萊根婦女醫(yī)院（Brigham and Women's Hospital）組成的一支研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型療法，該方法集成了微創(chuàng)、無(wú)痛的微針平臺(tái)，能夠從皮膚深層吸收細(xì)胞周?chē)猩飿?biāo)志物的液體，同時(shí)采用超靈敏的單分子檢測(cè)方法（如分子免疫陣列（singlemoleculearray，Simoa））檢測(cè)罕見(jiàn)的但與疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，新的檢測(cè)方法靈敏度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。研究人員通過(guò)創(chuàng)建小鼠黑色素瘤模型，利用新型療法治療其癌變，從而為該新型療法提供概念驗(yàn)證。該療法局部作用于腫瘤病變部位，它結(jié)合了非侵入性聚焦超聲（FUS），遞送先前開(kāi)發(fā)的納米顆粒（NP）結(jié)合的炎癥誘導(dǎo)蛋白激活劑——干擾素基因刺激因子（STING），在腫瘤部位產(chǎn)生熱量，立即殺死腫瘤細(xì)胞。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。

使用微針從黑色素瘤病變中采集生物標(biāo)志物分子，并通過(guò)超靈敏的單分子檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的哈佛醫(yī)學(xué)院（HMS）醫(yī)學(xué)副教授、麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所（Institute for Medical Engineering and Science，IMES）的首席科學(xué)家、哈佛大學(xué)韋斯生物啟發(fā)工程研究所助理教員Natalie Artzi博士說(shuō)道：“利用這種新型療法，使用微針可以快速讀取黑色素瘤的治療反應(yīng)，并能進(jìn)行有效的藥物篩查和患者分層，可最大限度地提高治療效果?！?/p>

局部免疫療法

Artzi及其團(tuán)隊(duì)成員利用以前的一些開(kāi)創(chuàng)性方法和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，首先開(kāi)發(fā)了一種針對(duì)黑色素瘤的局部應(yīng)用免疫療法。在最近出版的論文中，他們提到了一種在免疫細(xì)胞中激活該蛋白的更有效方法，該方法建立在炎癥誘導(dǎo)蛋白激活劑——干擾素基因刺激因子——有助于殺死腫瘤細(xì)胞這一已知事實(shí)的基礎(chǔ)上。干擾素基因刺激因子的天然激活劑（激動(dòng)劑）在體內(nèi)不夠穩(wěn)定，需要高劑量給藥，但是這會(huì)產(chǎn)生副作用。該研究團(tuán)隊(duì)的解決方案是通過(guò)納米顆粒遞送多個(gè)拷貝的合成干擾素基因刺激因子激活劑——合成環(huán)狀二核苷酸（CDN），通過(guò)易于穿過(guò)質(zhì)膜的納米顆粒，在工程酶促反應(yīng)的幫助下，將物質(zhì)釋放到細(xì)胞內(nèi)。這種環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒治療劑可以直接注射于癌變皮膚或附近皮膚，以增加腫瘤中的藥物濃度。

該論文的第一作者、BioDevek初創(chuàng)公司的研究科學(xué)家Daniel Dahis博士在以色列理工學(xué)院（Israel Institute of Technology）教授、醫(yī)學(xué)成像專(zhuān)家、該論文的合著者Haim Azhari博士的指導(dǎo)下，與Artzi一起通過(guò)該項(xiàng)目完成了研究生工作。他說(shuō)：“在該項(xiàng)研究中，我們通過(guò)聚焦超聲結(jié)合干擾素基因刺激因子激活劑在腫瘤微環(huán)境（TME）中遞送，以促進(jìn)對(duì)垂死腫瘤細(xì)胞抗原的處理，同時(shí)協(xié)調(diào)更廣泛的免疫反應(yīng)?！?/p>

該研究團(tuán)隊(duì)首先表明，聚焦超聲治療可使皮膚小面積溫度瞬時(shí)升高至60°C，增強(qiáng)了環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒治療在培養(yǎng)皿中免疫細(xì)胞和癌癥細(xì)胞的共培養(yǎng)、以及在小鼠黑色素瘤腫瘤中的效果，他們采用了這種聯(lián)合治療法。重要的是，在治療后60天，所有只接受聚焦超聲治療的動(dòng)物都已死亡，而只接受環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒治療的動(dòng)物中有75%依然存活，而聯(lián)合治療法使該受試組動(dòng)物達(dá)到100%的存活率。

深入挖掘皮膚生物標(biāo)志物

為了研究聯(lián)合治療法的存活要點(diǎn)是否體現(xiàn)在腫瘤部位的生物標(biāo)志物水平上——這在未來(lái)可能轉(zhuǎn)化為對(duì)接受免疫療法的人類(lèi)患者反應(yīng)的監(jiān)測(cè)，Artzi的研究團(tuán)隊(duì)之前開(kāi)發(fā)了一種由透明質(zhì)酸制成的新型微創(chuàng)微針，原則上可用于同時(shí)遞送藥物和檢測(cè)生物標(biāo)志物。該微針可到達(dá)皮膚的真皮層，聚合物在此處會(huì)與皮膚細(xì)胞周?chē)囊后w（即皮膚間質(zhì)液（ISF））相遇，它會(huì)像海綿一樣，吸收少量皮膚間質(zhì)液。Dahis說(shuō)：“僅用微針獲得的幾微升皮膚間質(zhì)液就可提供豐富的生物標(biāo)志物信息，因?yàn)檎Ｆつw細(xì)胞、局部免疫細(xì)胞和癌癥細(xì)胞不斷分泌不同的信號(hào)分子和代謝產(chǎn)物。取回微針后，可以簡(jiǎn)單地溶解微針的尖端，將捕獲的分子釋放到試管中，以便我們開(kāi)始生物標(biāo)志物分析。”

研究人員設(shè)計(jì)了一種基于新型微針的策略來(lái)監(jiān)測(cè)對(duì)局部應(yīng)用的黑色素瘤免疫療法的免疫反應(yīng)

然而，盡管研究人員發(fā)現(xiàn)聚焦超聲明顯增加了環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒在腫瘤中引發(fā)的免疫反應(yīng)，但使用傳統(tǒng)方法幾乎無(wú)法檢測(cè)到或根本檢測(cè)不到許多有意義的生物標(biāo)志物，例如被激活的干擾素基因刺激因子蛋白激活基因。為了克服這一瓶頸，Artzi的研究團(tuán)隊(duì)與韋斯生物啟發(fā)工程研究所核心教員David Walt博士聯(lián)手，David Walt博士之前開(kāi)發(fā)了具有超靈敏生物標(biāo)志物檢測(cè)能力的分子免疫陣列技術(shù)。分子免疫陣列本質(zhì)上允許研究人員用一種特異性抗體分子捕獲有意義的生物標(biāo)志物蛋白，該特異性抗體分子與一個(gè)比抗體本身大得多的磁珠相連。然后，在第二類(lèi)檢測(cè)抗體的幫助下，將結(jié)合蛋白“夾”在多孔板的各個(gè)孔中，每個(gè)孔只能容納一個(gè)磁珠?？贵w探測(cè)器可在孔中產(chǎn)生熒光信號(hào)的酶標(biāo)記。因此，分子免疫陣列能夠在單分子水平上對(duì)單個(gè)生物標(biāo)志物蛋白進(jìn)行數(shù)字計(jì)數(shù)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了常用檢測(cè)方法的靈敏度。

Walt團(tuán)隊(duì)的合著者Tal Gilboa博士開(kāi)發(fā)了四種分子免疫陣列檢測(cè)方法，以檢測(cè)由干擾素基因刺激因子激活的分子表達(dá)：干擾素-b（IFN-b）、人巨噬細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）和枯否細(xì)胞（KC），它們都能吸引免疫細(xì)胞進(jìn)入腫瘤，以及一般炎癥標(biāo)志物白細(xì)胞介素-6（IL-6）。事實(shí)上，這使研究人員能夠在微針提取的皮膚間質(zhì)液樣本中檢測(cè)到這些生物標(biāo)志物，與常用的檢測(cè)方法相比，靈敏度提高了100到1000倍，并且這些測(cè)量結(jié)果反映了血液樣本中相同生物標(biāo)志物的平行分子免疫陣列測(cè)量。Dahis說(shuō)：“令人震驚的是，具有最明顯促炎反應(yīng)的動(dòng)物也是存活時(shí)間最長(zhǎng)的動(dòng)物?！?/p>

哈佛醫(yī)學(xué)院（HMS）Hansj?rg韋斯生物啟發(fā)工程研究所教授、布萊根婦女醫(yī)院的病理學(xué)教授、霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）教授Walt說(shuō)：“Artzi實(shí)驗(yàn)室卓越的微針技術(shù)包含工程納米結(jié)構(gòu)，原則上可以實(shí)現(xiàn)藥物遞送和微量采樣——這是一個(gè)全新的治療概念，為黑色素瘤的治療提供了理想的、非侵入性且全面的解決方案。”Walt與合著者Rushdy Ahmad博士共同領(lǐng)導(dǎo)了韋斯生物啟發(fā)工程研究所診斷加速器——旨在縮短包括癌癥在內(nèi)的多個(gè)疾病領(lǐng)域所需的診斷時(shí)間。

新型微針可同時(shí)實(shí)現(xiàn)藥物遞送和生物標(biāo)志物檢測(cè)

韋斯生物啟發(fā)工程研究所創(chuàng)始董事、醫(yī)學(xué)博士Donald Ingber介紹道：“這項(xiàng)工作是我們?cè)陧f斯生物啟發(fā)工程研究所努力實(shí)現(xiàn)的跨學(xué)科合作和尖端技術(shù)融合的一個(gè)典型例子。這一新進(jìn)展有可能通過(guò)直接評(píng)估個(gè)體患者的治療效果，將癌癥免疫療法的質(zhì)量提高到一個(gè)新的水平。”

醫(yī)學(xué)博士Donald Ingber是哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院（Boston Children's Hospital）猶大·?？寺↗udah Folkman）血管生物學(xué)教授，也是哈佛大學(xué)約翰保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院、Hansj?rg韋斯生物啟發(fā)工程研究所仿生工程教授。

審核編輯：彭菁