基于工程菌靶向递送 AuNPs 及特异性缓解缺氧的双通路肿瘤放射增敏策略：癌症治疗新突破

《Journal of Nanobiotechnology》：Dual-pathway tumor radiosensitization strategy based on engineered bacteria capable of targeted delivery of AuNPs and specific hypoxia alleviation

为解决放疗中高剂量辐射对健康组织的毒性和肿瘤缺氧介导的放射抵抗问题，研究人员开展了基于工程菌（PCM）和金纳米颗粒（AuNPs）构建集成纳米系统（PCM@AuNPs）用于放射增敏的研究。结果显示该系统能有效抑制肿瘤生长，为增强癌症放疗效果提供了新策略。

　　在癌症治疗的战场上，放疗（Radiotherapy，RT）一直是一位 “老将”，超过半数的癌症患者会接受放疗来对抗肿瘤。放疗就像是发射高能 “子弹”（电离辐射），直接破坏癌细胞的 DNA，还能通过水分子的辐射分解产生活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS），让癌细胞凋亡或坏死。但放疗这位 “老将” 也面临着两大 “劲敌”。一方面，高剂量的辐射在攻击癌细胞时，也会 “误伤” 周围的健康组织，带来严重的毒性反应；另一方面，肿瘤内部的缺氧环境就像癌细胞的 “盾牌”，使它们对辐射产生抵抗，大大降低了放疗的效果。

为了攻克这两大难题，来自南华大学衡阳医学院的研究人员挺身而出。他们精心打造了一个名为 PCM@AuNPs 的集成纳米系统，试图为放疗开辟新的道路。这个系统结合了工程菌（PCM）和金纳米颗粒（AuNPs）的优势，有望实现高效的放射增敏，为癌症患者带来新的希望。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。他们通过化学转化的方式将含有过氧化氢酶（Catalase，CAT）基因的质粒转入大肠杆菌 MG1655，构建出 PCM。利用超声诱导 PCM 表达 CAT，通过动态光散射（DLS）分析 PCM@AuNPs 的粒径和 zeta 电位，借助免疫荧光染色、蛋白质免疫印迹（Western blotting）、流式细胞术等技术，从细胞和动物水平评估 PCM@AuNPs 的功能和疗效 。

研究结果如下：

1. PCM@AuNPs 的制备与表征：研究人员成功构建了 PCM@AuNPs，通过优化超声参数，发现声强为 1.6 W/cm2，7s 开、13s 关的模式能使细菌混合物温度稳定在 45℃，诱导 PCM 高表达 CAT。透射电镜（TEM）显示 AuNPs 紧密附着在 PCM 表面，PCM@AuNPs 的粒径约为 1135.65nm，zeta 电位为 -24.6mV，在 4℃下保存 72h 稳定性良好，且对 4T1 细胞的细胞毒性较低。
2. 改善细胞缺氧和辐射沉积：实验表明，PCM@AuNPs 在超声作用下，CAT 表达量显著增加，其分解 H?O?的能力最强，能有效提高肿瘤组织中的氧浓度。同时，PCM@AuNPs 具有浓度依赖性的辐射衰减作用，在 6 Gy 辐射下，AuNPs 可降低 4T1 细胞存活率，PCM@AuNPs 联合放疗能显著增加细胞凋亡。
3. 放射增敏检测：在缺氧条件下，PCM@AuNPs 联合超声和放疗（PCM@AuNPs + US + RT）组产生的 ROS 水平显著高于其他组，导致严重的 DNA 损伤和线粒体膜电位（MMP）下降，引发细胞凋亡。
4. 体外抗肿瘤效果：通过凋亡检测、细胞活力检测和集落形成实验发现，PCM@AuNPs + US + RT 组的凋亡细胞比例最高，细胞活力最低，形成的细胞集落最少，表明该组的抗肿瘤效果最佳。
5. 体内抗肿瘤效果：对荷瘤小鼠的研究显示，PCM@AuNPs + US + RT 组的肿瘤生长受到显著抑制，肿瘤重量明显减轻，肺转移结节数量减少，且对小鼠主要器官无明显病理损伤，小鼠体重无明显下降 。

研究结论和讨论部分指出，PCM@AuNPs 通过增强辐射沉积和缓解肿瘤缺氧的双通路，实现了显著的放射增敏效果，在体内外均有效抑制了肿瘤生长和转移，且具有良好的生物相容性。然而，该研究也存在一些局限性，如工程菌长期的生物相容性问题、AuNPs 尺寸对放射增敏效率的影响、肺转移抑制机制尚未明确等。尽管如此，这项研究为癌症放射治疗提供了新的策略和思路，有望推动癌症治疗领域的进一步发展，为更多患者带来治愈的希望。