乳腺癌是女性中最流行的癌癥，占2019年新診斷癌癥的30％。手術(shù)切除是治療原發(fā)性乳腺腫瘤的標(biāo)準(zhǔn)臨床策略。盡管有手術(shù)切除的優(yōu)勢(shì)，但由于術(shù)后復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的發(fā)生率很高，因此乳腺癌患者在手術(shù)治療后的長(zhǎng)期預(yù)后仍然不能令人滿意。
顯微殘留病（MRD），如不能在術(shù)中消除的殘留腫瘤細(xì)胞或微腫瘤，是術(shù)后復(fù)發(fā)的直接原因。此外，腫瘤細(xì)胞的固有侵襲性導(dǎo)致殘留的微腫瘤向周圍組織的侵襲，并導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞向特定器官和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的遷移。為了減少由復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移引起的不良預(yù)后，當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)臨床實(shí)踐是對(duì)手術(shù)后實(shí)施輔助化療。術(shù)后輔助化療在抑制腫瘤復(fù)發(fā)中起積極作用，但由于伴隨的并發(fā)癥和副作用，尚無(wú)明確的生存獲益。因此，如何減少輔助化療的副作用，改善因腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移引起的患者預(yù)后不良是當(dāng)務(wù)之急。
日前，西南交通大學(xué)的楊光和周紹兵教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可植入的分級(jí)結(jié)構(gòu)超細(xì)纖維裝置，該裝置具有按時(shí)間編程的藥物釋放功能，可用于乳腺癌的局部術(shù)后輔助化療。
該結(jié)構(gòu)是通過(guò)同軸電紡技術(shù)通過(guò)在纖維基質(zhì)內(nèi)部形成周期性排列的腔室而獲得的。這些小室中的鹽酸阿霉素被迅速釋放，殺死殘留的腫瘤細(xì)胞以防止腫瘤復(fù)發(fā)。而纖維基質(zhì)中的基質(zhì)金屬蛋白酶-2（MMP-2）抑制劑雙硫侖持續(xù)釋放，從而抑制腫瘤的侵襲以防止其轉(zhuǎn)移。
減少外科手術(shù)腫瘤后，將這種纖維裝置植入荷瘤小鼠體內(nèi)，可防止復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，從而顯示出優(yōu)異的治療效果。相關(guān)工作以“A Hierarchical Structured Ultrafine Fiber Device for Preventing Postoperative Recurrence and Metastasis of Breast Cancer”為題發(fā)表在《Adv. Funct. Mater》上。
纖維裝置的制造和抑制腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移
研究人員通過(guò)同軸電紡技術(shù)制備裝有DOX·HCl和DSF的可植入分層結(jié)構(gòu)超細(xì)纖維裝置。通過(guò)將纖維裝置植入腫瘤切除床進(jìn)行術(shù)后輔助化療。注射給藥用作對(duì)照。從纖維裝置中迅速釋放出DOX·HCl，消除了殘留的腫瘤細(xì)胞，防止了腫瘤的局部復(fù)發(fā)；持續(xù)釋放的DSF阻止了腫瘤細(xì)胞侵入周圍組織，從而抑制了轉(zhuǎn)移的發(fā)生。
纖維的形態(tài)表征
通過(guò)同軸電紡絲法獲得了裝載DOX·HCl / DSF的分層結(jié)構(gòu)化纖維?？梢酝ㄟ^(guò)在電紡絲過(guò)程中通過(guò)蒸發(fā)PEG溶液中的水來(lái)形成腔室的空腔。腔室容積足夠大以用于封裝藥物，并且可以通過(guò)更改PEG Mw輕松調(diào)節(jié)腔室容積和間距。纖維形態(tài)的這些變化可歸因于電紡絲過(guò)程中不同PEG溶液的粘度和電導(dǎo)率的影響。當(dāng)PEG溶液的進(jìn)料體積恒定時(shí)，腔室的總體積等于PEG溶液的進(jìn)料體積。相應(yīng)地，隨著腔室數(shù)量的增加，隨著腔室數(shù)量的減少，在單根光纖上可獲得更大的腔室間距。
藥物釋放行為
隨后，研究了DOX·HCl和DSF從這些纖維裝置中的釋放行為?？梢园l(fā)現(xiàn)，PEG Mw的變化和腔室的大小有效地影響了封裝在腔室中的DOX·HCl的釋放速率。
體外抗腫瘤作用和抑制腫瘤細(xì)胞再生
通過(guò)活/死染色和Alamar-Blue法檢測(cè)了纖維設(shè)備的抗腫瘤作用進(jìn)行了評(píng)估。與對(duì)照組相比，細(xì)胞密度降低。孵育7天后，PEG-200，PEG-400和PEG-1000組的細(xì)胞顯示收縮狀態(tài)。而抑制效果的差異可歸因于DOX·HCl從介質(zhì)中的纖維裝置釋放的不同行為進(jìn)一步評(píng)估了這些纖維裝置對(duì)乳腺癌細(xì)胞再生和復(fù)發(fā)的抑制作用。熒光顯微鏡圖像顯示出細(xì)胞與PEG-1000組共同孵育變?yōu)楦煽s狀態(tài)，觀察到大量死細(xì)胞，而其他組細(xì)胞則顯示出更高的密度和擴(kuò)散形態(tài)。這些結(jié)果表明，PEG-1000組中的纖維裝置對(duì)腫瘤細(xì)胞的再生和復(fù)發(fā)具有顯著的抑制作用。
抑制腫瘤細(xì)胞侵襲
在惡性腫瘤的發(fā)展過(guò)程中，腫瘤細(xì)胞向周圍ECM的局部侵襲是轉(zhuǎn)移灶形成的重要原因。[ 9 ]作為腫瘤細(xì)胞分泌的一種細(xì)胞外蛋白酶，MMP-2通過(guò)消化ECM中的II型膠原成分直接參與了侵襲過(guò)程。因此，研究了載有雙重藥物的纖維裝置對(duì)腫瘤細(xì)胞侵襲的抑制作用及其對(duì)MMP-2活性的抑制作用。對(duì)照組的腫瘤細(xì)胞侵襲范圍廣，細(xì)胞呈圓柱狀向下出現(xiàn)，說(shuō)明未經(jīng)干預(yù)的腫瘤細(xì)胞對(duì)膠原成分具有很強(qiáng)的侵襲能力。但是，PEG-1000組的細(xì)胞浸潤(rùn)范圍和深度最明顯減少，并且在加入釋放的纖維裝置的介質(zhì)后，細(xì)胞呈倒錐狀，表明細(xì)胞的浸潤(rùn)得到了有效抑制。
體內(nèi)監(jiān)測(cè)腫瘤術(shù)后的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移
研究人員使用Maestro體內(nèi)成像系統(tǒng)監(jiān)測(cè)纖維裝置預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的能力，并且在體內(nèi)進(jìn)一步評(píng)估了可植入纖維裝置的抗腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移抑制作用。第42天的復(fù)發(fā)腫瘤體積分別為≈2571mm3（鹽水組），≈2196?mm3（靜脈內(nèi)注射組）和≈1996mm3（腫瘤內(nèi)注射組），表明對(duì)這些治療可以忽略腫瘤的復(fù)發(fā)。然而，局部可植入纖維裝置的復(fù)發(fā)性腫瘤體積要小得多。尤其是，PEG-1000組在第42天的腫瘤體積約為≈25 mm3，比注射給藥的腫瘤體積約小80倍。TUNEL染色圖像還顯示，在PEG-1000組中，更多的凋亡腫瘤細(xì)胞在脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶的作用下被染色，表明腫瘤細(xì)胞中發(fā)生了DNA的內(nèi)源性斷裂。在腫瘤切片的Ki67染色圖像中，還可以找到PEG-1000組中最低的Ki67陽(yáng)性率，這表明大多數(shù)腫瘤細(xì)胞處于非增殖狀態(tài)。
總結(jié)
研究人員成功地開發(fā)了可植入的分層結(jié)構(gòu)化纖維設(shè)備。與傳統(tǒng)的可植入設(shè)備不同，該設(shè)備可以通過(guò)減少腫瘤原發(fā)性切除后癌癥復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)定時(shí)程序化的雙重藥物釋放顯著提高手術(shù)干預(yù)的有效性。約60.0％的4T1荷瘤小鼠已完全治愈，復(fù)發(fā)腫瘤抑制率極高，達(dá)到90.3％。此外，腫瘤轉(zhuǎn)移得到了有效抑制，在肺部H＆E染色的切片中未發(fā)現(xiàn)肺部腫瘤。結(jié)果，對(duì)于這些處理的小鼠，在第42天達(dá)到了100％的存活率。通過(guò)II型膠原蛋白免疫熒光分析進(jìn)行的機(jī)理研究表明，雙重藥物的程序性釋放在很大程度上抑制了MMP-2的活性，阻止了腫瘤細(xì)胞消化ECM中的II型膠原蛋白，從而抑制了腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。因此，具有時(shí)間程序性藥物釋放的這種可植入纖維裝置將是有望改善術(shù)后輔助化學(xué)療法的效率和患者預(yù)后不良的有前途的遞送平臺(tái)。
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