BioactMater生物活性材料 - 多功能納米診療劑強化厄洛替尼針對EGFR野生型非小細胞肺癌治療|Bioactive Materials－鑽石舞台

近期，暨南大學羅良平教授、肖澤宇副研究員和日本國立放射線醫學綜合研究所胡寬研究員在科愛出版創辦的期刊Bioactive Materials上聯合發表研究性論文：多功能納米診療劑強化厄洛替尼針對EGFR野生型非小細胞肺癌治療。本研究基於超順磁性氧化鐵納米顆粒為核心構建多功能性納米診療載體，實現可視化磁共振監控的同時共同遞送厄洛替尼和貝伐珠單抗，強化EGFR-wt型非小細胞肺癌的治療，為EGFR-wt型非小細胞肺癌治療提供新的方法策略。

研究內容簡介

針對EGFR的酪氨酸激酶抑制劑(TKI)，如Erlotinib(Erl)和Gefitinib，可以通過結合EGFR中的ATP結合位點來抑制腫瘤生長。研究表明EGFR-TKIs已被用於攜帶突變和激活形式的EGFR陽性非小細胞肺癌患者的一線治療。雖然在接受TKI治療的EGFR陽性非小細胞肺癌患者中觀察到了好處，但TKI在EGFR-wt非小細胞肺癌中表現出的活性明顯降低。研究人員已經投入了許多努力來研究表達EGFR野生型基因的非小細胞肺癌對Erlotinib耐藥的分子機制。然而，到目前為止，這些結論仍有爭議，有必要進行進一步的深入調查。與此同時，之前文獻報道了不同的策略來克服野生型EGFR NSCLC對TKIs的先天抵抗力。一些化療藥物，如組蛋白脫乙酰酶(HDAC)抑制劑和自噬抑制劑，已被證明能使EGFR-wt NSCLCs對Erlotinib敏感。儘管這些結果很有希望，但仍有必要開發其他專門針對不同增敏機制的策略，這些策略可能會提高對EGFR-wt非小細胞肺癌中erlotinib耐藥性的理解，並挖掘能夠最大限度提高erlotinib在EGFR-wt非小細胞肺癌中的療效的最佳治療方案。

納米診療劑可以在一個結構中結合診斷和治療功能，在癌症干預中引起了極大的關注。納米診療藥物主要被用作藥物輸送平台，用於靶向輸送各種藥物分子，以減輕副作用和提高治療效果。此外，納米藥物的組分可以被定製為由不同成像方式跟蹤的功能，例如光學成像、MRI、光聲成像和放射成像(正電子發射斷層掃描和單光子發射計算機斷層掃描)，從而為癌症治療提供成像引導模式。納米抗癌藥物的這些優勢啟發了我們基於Erlotinib的納米製劑或許可以將增強Erlotinib對EGFR-wt非小細胞肺癌。為了這個目標，我們開始探索納米工程如何影響Erlotinib對EGFR-wt非小細胞肺癌的敏感性。此外，我們的目標是傳達一種成像引導的治療模式來對抗表達野生型EGFR基因的NSCLC腫瘤。

基於以上問題我們構建了一種超順磁性氧化鐵納米顆粒為核心的多功能性納米診療載體，實現可視化磁共振監控的同時共同遞送厄洛替尼(Erl)和貝伐珠單抗(Bev)，具備誘發腫瘤部位血管正常化同時強化EGFR-wt型非小細胞肺癌治療的功能，為EGFR野生型非小細胞肺癌治療提供新的方法策略（示意圖1）。

Scheme 1. Schematic diagram representing the use of Bev + Erl@MNPs to promote the normalization of tumour blood vessels and improve the diagnosis and treatment of erlotinib-resistant non-small cell lung cancer.

利用已知對Erlotinib具有耐藥性的EGFR-wt非小細胞肺癌來源的A549細胞株，檢測細胞吞噬功能和Bev+Erl@MNP的體外毒性,熒光成像顯示BEV+Erl@MNPs在A549細胞中具有良好的吞噬作用。同時其顯著提升了Erlotinib的治療效應，工程化納米顆粒在體外強效抑制了A549腫瘤的克隆和增殖效應（圖1）。

Figure1：Analyses of phagocytosis and cytotoxicity of cells treated with magnetic nanoparticles (MNPs). (A) In vitro phagocytosis of Bev + Erl@MNPs in A549 cells, scale bar = 20 μm. (B) Cell viability of A549 cells treated with different concentrations of MNPs. (C) IC50 values of Erlotinib, Erl@MNPs, and Bev + Erl@MNPs. (D) CCK8 analysis of A549 cells at different days after treating with PBS, MNPs, Bev@MNPs, Erl@MNPs or Bev + Erl@MNPs. (E) Cell cloning analysis in A549 cells treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5). (F) Statistical analysis of colon numbers of different from Fig. E.

為了描述納米粒子的腫瘤靶向性，我們在A549異種移植鼠身上進行了磁共振成像，這些小鼠靜脈注射了Bev+Erl@MNPs或Erl@MNPs。於注射後不同時間點進行MRI檢查。從2小時到72小時，兩組的磁信號(ΔR2*)有顯著差異，最大差異出現在12小時，Bev在一定程度上增強了納米平台的靶向性。接下來我們通過A549異種移植瘤模型進行了體內抗腫瘤實驗，展現了令人驚喜的結果。同時我們進一步通過功能化MRI評估了腫瘤組織的微環境，為腫瘤預後評估提供了具有前景的可半定量化影像學診斷手段 (圖2)。

Figure2：MRI and analysis of anti-tumour effects of magnetic nanoparticles (MNPs). (A) MRI tracking of the tumour accumulation of Erl@MNPs and Bev + Erl@MNPs. (B) Magnetic signal changes in tumours against time. (C) Schematic illustration of the treatment plan in A549 zenograft. (D) Tumour growth curves in mice treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5). (E) Tumour weight at the end of therapy. (F) Body weight of mice. (G) In vivo T2WI imaging and D, D*, and f pseudo-colour images acquired in mice treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5). (H-J) Normalized ratio of D, D*, and f.

通過腫瘤組織切片和Western blot手段檢測腫瘤增殖、凋亡、侵襲相關蛋白的表達（圖3）。

Figure3：Immunofluorescence andWestern blot analyses of tumour tissues from mice treated with different nanoagents. (A) Ki67, TUNEL, fibronectin, CD31, and HIF-1α stained images of tumour tissues from mice treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5), scale bar = 100 μm. (B) Ki67 (C) TUNEL (D) Fibronectin (E) CD31 and (F) HIF-1a signals in the tumour was quantified according to the data in panel A. (G) Western analysis of MMP-9, MMP2, P53, Capsase- 3, Bcl-2, and Bax expression levels in tumours from mice treated with Bev + Erl@MNPs. (H) Relative expression of MMP9 and MMP2 (I) P53, Caspase-3, Bcl-2, and Bax was quantified according to the data in panel H.

在這項研究中，我們證明了一種納米診療藥物成功地逆轉了EGFR-wt非小細胞肺癌對Erlotinib的耐藥性。此外，我們的結果表明，抗血管內皮生長因子聯合厄洛替尼可能是一種潛在的聯合方案，以提高Erlotinib的療效。總體而言，這些結果首次表明，一種精心設計的納米製劑可以用於Erlotinib增強EFGR-wt非小細胞肺癌治療。鑑於幾種基於化學藥物的納米製劑已經被批准用於臨床，我們可以預期這種納米抗腫瘤藥物在未來的臨床中將在表達野生型EGFR基因的患者中對抗非小細胞肺癌。

論文第一/通訊作者簡介

第一作者：王奪

暨南大學博士研究生在讀，研究方向為功能化納米診療載體的構建和生物應用。

第一作者：周君

哈佛大學醫學院博士後，研究方向為納米藥物的研發和生物應用。

第一作者：方為民

暨南大學博士研究生在讀，研究方向為功能化納米診療載體的構建和生物應用。

通訊作者：肖澤宇

暨南大學附屬第一醫院/廣州市臨床轉化分子與功能影像重點實驗室,副研究員，獨立PI，碩士生導師。研究方向：分子影像與納米醫學。以第一作者/通訊作者在Cancer Research、Bioactive Materials、ACS Appl. Mater. Interfaces、Materials Today Bio等權威期刊發表原創性研究論文20餘篇。近年來主持國家自然科學基金、中國博士後基金面上項目、廣東省醫學科學技術研究基金項目等6項；參與國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金重點項目、廣東省科技廳前沿與關鍵技術創新項目等15項。

通訊作者：胡寬

中國醫科學科學院/北京協和醫學院藥物研究所研究員，課題組長，博士生導師。2017年獲得北京大學化學（化學基因組學）博士學位；2017.07-2018.03在中國科學院北京納米能源與系統研究所擔任助理研究員；2018.04-2022.04在日本國立量子科學技術研究開發機構擔任博士後研究員、研究員。迄今已在國際著名學術刊物上發表高水平SCI論文60餘篇，其中以第一作者/通訊作者（含共同）身份發表35篇論文，包括Nat. Commun.、Sci. Adv.、Agnew. Chem. Int. Ed.等。發表的第一/通訊作者論文中：影響因子>10的論文17篇。獲得授權專利8項。主持科技部重點研發計劃政府間國際科技創新合作項目、日本JSPS基盤研究B、中國自然科學基金青年項目等8項。曾獲日本高度人才稱號、WILEY JLCR青年科學家獎、日本核醫學會研究獎勵賞、中美核醫學與分子影像協會青年科學家獎、Springer Theses Prize、北京大學優秀博士學位論文等榮譽10餘項。

通訊作者：羅亮平

二級教授，主任醫師，博士生導師，暨南大學醫學部主任，廣州市分子與功能影像臨床轉化重點實驗室主任，中華醫學會放射學分會委員、廣東省醫學教育協會會長、廣東省醫學會放射分會副主任委員、廣東省醫師協會放射醫師分會副主任委員等。研究方向：胸部放射學與腫瘤分子影像學。先後承擔國家、省級重點項目以及其他科技項目20餘項，其中包括國家自然科學基金面上項目3項，廣東省自然科學基金重點項目1項，廣東省科技廳前沿與關鍵技術創新項目1項。發表研究論文近200篇，其中SCI收錄50餘篇。包括Cancer Res, Eur J Nucl Med Mol I, J Clin Invest, Angiogenesis, Bioactive Materials, J Magn Reson Imaging等領域內TOP期刊；授權國家專利10項，編寫專著5部；獲廣東省領軍醫學人才，廣東省科技進步三等獎，廣東省高等教育省級教學成果二等獎，中國學位與研究生教育學會醫藥科工作委員會優秀工作者，南粵優秀教育工作者等榮譽。

資助信息

本研究得到了國家自然科學基金(81771973、81971672、82102005)、廣東省自然科學基金重點項目(2018B0303110011)、廣州市臨床轉化分子與功能影像重點實驗室(201905010003)、中央高校基礎研究基金(21620308、21620101)、JSPS KAKENHI項目（21H02873、21K07659、20H03635）項目資助。

原文信息

Duo Wang#, Jun Zhou#, Weimin Fang#, Cuiqing Huang, Zerong Chen, Meng Fan, Ming-Rong Zhang, Zeyu Xiao*, Kuan Hu*, Liangping Luo*.

A multifunctional nanotheranostic agent potentiates erlotinib to EGFR wild-type non-small cell lung cancer.

Bioactive Materials,13 (2022) 321-323.

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