利用光动力疗法靶向循环肿瘤细胞

来自Kyung Hee University的Jin Woo Choi博士从韩国奥古科群体，Ltd。开发了一种新型光动力治疗（PDT）方法，可以消除循环肿瘤细胞（CTC），降低转移性癌症发育的风险。在PDT中，光用于照亮和激活光敏剂，然后产生能够诱导细胞损伤和死亡的有效的活性氧物质。该团队将这种现象与共振能量转移的过程结合，其中能量从光活化的基材转移到光敏剂，选择性地靶向并破坏CTC并防止转移。

癌症患者的转移是危及生命的。在转移过程中，被称为循环肿瘤细胞(ctc)的癌细胞离开原发肿瘤位置，进入血液或淋巴系统。ctc扩散并积聚在周围组织和远处的器官中，然后变成癌细胞。当转移性癌症发展时，死亡风险显著增加。事实上，据估计，90%的癌症相关死亡是由转移性癌症造成的。这一估计在50多年来几乎没有变化。ctc于1869年被发现。然而，由于缺乏有效的检测技术，直到20世纪末期才开始对这些细胞进行研究。技术的重大进步导致检测和分离技术的改进，如抗体免疫磁分离、光纤阵列扫描技术和微流控平台。许多研究已经确定CTC值高与癌症预后差有关。 Therefore, it is essential that CTC-specific targeted therapies are developed that eliminate CTCs from the vascular system and improve prognosis. In practice, however, this has been challenging to achieve due to the unpredictable and dynamic nature of CTCs. Dr Choi and his team from Kyung Hee University and Dr Kim from Oncocross, Ltd set out to optimise the ground breaking photodynamic therapy (PDT) to focus on eradicating fluorescent protein-expressing CTCs.

特定波长的光激活某些光囊炎，然后将组织氧转化为反应性氧物质和自由基。

光动力疗法
PDT是一种处理方法，其使用称为光敏剂的光和特定药物。特定波长的光激活某些光敏剂，然后将组织氧转化为反应性氧物质（ROS）和自由基。高水平的RO可以导致氧化应激，围绕细胞结构损害，甚至可以诱导癌细胞的凋亡。虽然PDT具有重大的生物医学潜力，但显着的挑战是将激活光深入组织的激活光。可见光穿过组织中的几百微米，因此光基技术的临床用途仅限于浅表层，如皮肤和视网膜。然而，这个问题存在一个有趣的解决方案 - 内部光源的概念。发光二极管或光纤光源的植入是可行的，但对患者非常侵入性。一个有吸引力的光电工具的替代方案是使用生物发光（BL），因为源分子如酶，可以用最小的侵袭递送。这些生物发光分子可用于称为生物发光谐振能量转移（BRET）的过程中。在BRET中，激发的生物发光供体（通常是荧光素酶）将能量转移到受体。 This is a distant-dependent process and the range over which energy transfer can take place is limited to 10 nanometres.

PDT, BRET
为了克服使用外部光源对PDT的挑战，团队研究了使用生物发光PDT（BL-PDT）的潜力，其基础是布雷特现象。使用自亮尼郎荧光素酶（RLUC8）作为供体蛋白和光囊炎氯E6（CE6）作为受体蛋白，该团队表明，BL-PDT可用于抑制小鼠的肿瘤生长为三种不同的癌细胞系 - 黑色素瘤，肺癌和结直肠癌。CE6在细胞膜和细胞器中定位，例如线粒体和溶酶体。通过从Rluc8的能量转移激活CE6，导致RO的产生，随后诱导细胞膜的脂质过氧化和破坏。这破坏了细胞内稳态和细胞死亡。该团队还展示了BL-PDT在局部淋巴结中癌细胞消融的有效性，降低了转移性扩散和显着增强动物存活。淋巴结位于未被外部光照照射无法进入的深度，因此BL-PDT可以具有巨大的靶向转移的治疗潜力。

在升降瓣治疗后用473nm蓝光激光照射时，选择性地杀死约60％的GFP表达细胞。

PDT和烦恼
Choi博士和金博士决定通过调查这种现象是否也可以在Föster共振能量转移（FRET）中以特异性靶向癌细胞来扩展他们的研究。在FRET中，特定波长的光照射激发供体荧光团，其将其激发能量转移到附近的受体分子中。在这项研究中，团队使用绿色荧光蛋白（GFP）作为特定波长光源与光囊炎之间的能量传递的接头。该团队使用GFP表达癌细胞以突出GFP的功能，以基于PDT靶向特定细胞群。该团队必须确保激发激发的GFP但对光敏剂没有影响，以最大限度地减少对GFP非表达细胞的影响。此外，GFP的发射光谱必须与光囊炎的吸收光谱重叠，以确保表达GFP表达的细胞被选择性地杀死。结果，该团队选择了473 nm的蓝色激光。结果表明，在升瓣治疗后用473nm蓝光激光照射时，选择性地杀死了约60％的GFP表达细胞。然而，只有20％的GFP非表达细胞被杀死。这是由于通过从兴奋的GFP的能量转移产生玫瑰孟加拉的ROS由Rose Bengal的生产。

值得注意的是，治疗后的小鼠肺转移瘤的数量明显减少，而且存活的时间也比未治疗的小鼠长。

使用FRC用于CTC消融
使用FRET PDT的研究的成功启发了Choi博士和Kim博士使用GFP表达的CTC和Rose Bengal靶向CTC消融。该团队进行了一项体外研究，使用一段连接到蠕动泵的管道来模拟血管内的循环。表达gfp的ctc和不表达gfp的ctc与Rose Bengal一起孵育，并通过导管。结果表明，与不表达gfp的ctc相比，表达gfp的ctc细胞损伤和死亡更严重。还进行了一项体内研究:将表达gfp的ctc和Rose Bengal注射到小鼠体内，然后用蓝色激光照射小鼠股静脉。结果表明，经处理的CTC菌落数量显著减少。此外，ctc靶向PDT在表达gfp的转移细胞被移植到小鼠侧翼的小鼠中进行。同样，受辐射小鼠的CTC细胞数量明显低于未受辐射小鼠。值得注意的是，治疗后的小鼠肺转移瘤的数量明显减少，而且存活的时间也比未治疗的小鼠长。令人兴奋的是，这些结果表明，以改善癌症预后为目标的ctc靶向治疗可能为发展个性化和精准医疗提供了一个有前景的新途径。