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西安交大吳道澄團隊利用“最佳性價比”光熱/化學(xué)動力/雙藥化療程序化協(xié)同治療腫瘤取得重要進展

來源:西安交通大學(xué)      2023-07-05
導(dǎo)讀:惡性腫瘤嚴(yán)重威脅人類生命健康安全,為了攻克這一難題,人們開發(fā)了一系列腫瘤治療方法。包括傳統(tǒng)的化療、放療和新興的光熱療、化學(xué)動力學(xué)治療、免疫治療、饑餓治療等。其中光熱療強度高、短期療效好,但治療時間短(分鐘級)、對深部腫瘤療效并不顯著;化學(xué)動力學(xué)治療具有中等的作用時間(小時級),但是單獨使用效率有限;化療持續(xù)作用時間超長(可超過48小時),但存在短期療效差、腫瘤耐藥且毒副作用大等缺點。因此單獨的腫瘤治療方法往往不能達到滿意的治療效果,而將多種治療方法聯(lián)合使用可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,不同方法取長補短能得到更好的治療效果。但是如何使聯(lián)合治療達到最佳效果和最低付出則成為一個難題,目前的聯(lián)合治療大多僅是不同療法的簡單加和,未能充分發(fā)揮聯(lián)合治療的作用,不能做到以最低的功率和劑量達到最佳的治療效果(即最佳性價比:Cost-effective)。在治療時間的控制上,也未能根據(jù)各種療法的特點進行優(yōu)化。

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圖1-光熱/化學(xué)動力學(xué)/化療程序化腫瘤協(xié)同治療策略

針對上述問題,西安交大生命學(xué)院生物醫(yī)學(xué)影像與應(yīng)用研究所的吳道澄教授課題組提出了一種“最佳性價比”的光熱/化學(xué)動力學(xué)/化療程序化腫瘤協(xié)同治療新方法,以最低的功率和劑量最大化地實現(xiàn)了治療效果并大幅減少治療副作用。這種療法按照時間順序?qū)⒐鉄岑煛⒒瘜W(xué)動力學(xué)治療和協(xié)同雙藥化療三種治療方式進行了程序化的組合(見圖1)。根據(jù)腫瘤的狀態(tài)或體積對每種治療方式的時間和強度進行了優(yōu)化并使其按時間順序分別作用。具體的最優(yōu)協(xié)同治療策略為:首先進行10分鐘高強度光熱療以消除較大的腫瘤,接著進行持續(xù)數(shù)小時的中等強度化學(xué)動力學(xué)治療以消除中等大小的腫瘤,最后通過低強度但持續(xù)超過48小時的協(xié)同雙藥化療清除較小的殘余腫瘤并抑制復(fù)發(fā)。

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圖2-ICPs@PDA:CuO2NPs的合成與腫瘤治療示意圖。

為了實現(xiàn)該策略,課題組研究人員針對PC-3腫瘤模型設(shè)計了集成高光熱轉(zhuǎn)換效率治療劑配位聚多巴胺(PDA-Fe)、化學(xué)動力學(xué)治療劑CuO2和協(xié)同化療劑阿霉素-棉酚無限配位聚合物(ICPs)的聯(lián)合治療系統(tǒng)(ICPs@PDA:CuO2NPs)。該系統(tǒng)內(nèi)部是PDA-Fe和CuO2混合物、外部是阿霉素-棉酚無限配位聚合物,具有高達52.4%的光熱轉(zhuǎn)換效率,能夠在腫瘤細(xì)胞內(nèi)特異性地生自由基進行化學(xué)動力學(xué)治療并清除谷胱甘肽,所負(fù)載的ICPs能夠在腫瘤細(xì)胞內(nèi)釋放出兩種作用機理不同的化療藥物(圖2)。該系統(tǒng)使光熱療、化學(xué)動力學(xué)治療和化療在不同時間分別起作用,實現(xiàn)了優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng),用最低的功率和最小的藥物劑量實現(xiàn)了近100%的腫瘤抑制效果,小鼠腫瘤在接受治療后的60天內(nèi)未復(fù)發(fā)。該光熱/化學(xué)動力學(xué)/化療協(xié)同療法具有程序化可設(shè)計的特點,一旦啟動自動執(zhí)行,還可以根據(jù)需要對系統(tǒng)中不同治療劑的比例及治療方案進行相應(yīng)的調(diào)節(jié),針對不同腫瘤采用不同程序化三模態(tài)的治療策略,實現(xiàn)精準(zhǔn)個性化的治療。

該工作以《阿霉素-棉酚無限配位聚合物聚多巴胺-過氧化銅復(fù)合納米粒子用于“最佳性價比”程序化光熱-化學(xué)動力學(xué)-雙藥協(xié)同化療三模式協(xié)同腫瘤治療》(“Doxorubicin-Fe(III)-Gossypol Infinite Coordination Polymer@PDA:CuO2Composite Nanoparticles for Cost-Effective Programmed Photothermal-Chemodynamic-Coordinated Dual Drug Chemotherapy Trimodal Synergistic Tumor Therapy”) 為題在著名期刊《美國化學(xué)會·納米》(ACS Nano, IF=17.1)上在線發(fā)表。文章第一作者為西安交通大學(xué)生命學(xué)院博士生朱紅瑞,西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點實驗室和生命學(xué)院為該論文的第一和通訊作者單位,吳道澄教授為唯一通訊作者。該研究成果是吳道澄教授課題組在腫瘤聯(lián)合治療領(lǐng)域的又一重要進展。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重大科學(xué)儀器設(shè)備項目和陜西省重點研發(fā)計劃項目的資助。西安交通大學(xué)分析測試中心和生物醫(yī)學(xué)實驗中心為本工作提供了大量研究支持。


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