利用聚集诱导发光(AIE)纳米粒子对患者肿瘤细胞的良恶性检测和分级

肿瘤患者来源的异种移植(PDX)模型是指将患者新鲜肿瘤组织移植于相应动物体内所建立起的模型,其能较好地保持原发肿瘤的遗传特性和异质性,在肿瘤的个体化治疗研究中具有独特的优势。与小鼠相比,斑马鱼幼苗具有尺寸小、透明度高、移植的肿瘤生产快等诸多优势,这非常有利于监控移植后的癌细胞生长、转移及其和宿主之间的相互作用。因此,使用斑马鱼PDX模型,在较短的时间内(通常在两周内)即可完成对移植癌细胞的评估,实现对移植肿瘤的分级,在临床上对癌症的治疗和预后非常有意义。

为了实现对患者来源细胞的特异性追踪,新加坡国立大学Bin Liu课题组和新加坡分子与细胞生物学研究所Cathleen Teh合作以具有聚集诱导发光效应的荧光染料TTF为核,两亲性聚合物DSPE-PEG2000和DSPE-PEG-MAL2000为壳制备了聚集诱导发光 (AIE) 纳米粒子TTF点。使用自制的毫流控装置,通过严格调控浓度、流速、聚合物-染料比例、雷诺数等条件,以半自动的方法制备出了具有较低的分散度(小于0.2),直径在40纳米的TTF点。该TTF点在水中发射峰在670纳米,且具有高达20%的荧光量子产率。通过“点击化学”反应将穿膜肽(TAT)连接到TTF点的表面即可制备出具有高稳定性、低毒性的可用于细胞标记的TTF-TAT点。与传统的细胞阿染色剂CM-Dil相比,该TTF-TAT点具有两大明显的优势:1)TTF-TAT点可对细胞进行长期追踪,增殖8代后在细胞内依然可以看到TTF-TAT点明亮的红光;2)TTF-TAT点可以选择性标记存活的癌细胞。

基于斑马鱼异种移植模型,研究人员通过注射TTF-TAT 点标记的患者肿瘤组织至脑室,并用分析细胞荧光强度的方法,实现了对恶性癌细胞与良性肿瘤细胞的区分。与肺成纤维细胞相比,TTF-TAT 点标记的肺腺癌和卵巢腺癌细胞在植入斑马鱼脑室4天后,仍具有较高的荧光强度,验证了肺腺癌和卵巢腺癌细胞较高的活性和增殖能力,同时展现了该评估手段在区分良性瘤与恶性瘤方面的潜在价值。除此之外,TTF-TAT点标记的癌细胞在植入到斑马鱼的卵周隙后,仍能够诱导新生血管生成,说明了TTF-TAT点标记的肺腺癌细胞仍具有侵润性,并预示着其作为活体细胞追踪性标记的三维肿瘤模型在癌症诊断方面的潜在应用。与此同时,Liu等人还发现与传统的细胞染色剂CM-Dil相比,TTF-TAT点可以实现高时空分辨率和高信噪比的评估,从而有助于准确地显示移植癌细胞的功能。

在斑马鱼PDX模型中,研究人员通过将TTF-TAT点标记的随机临床样本组织注射入斑马鱼脑室,发现与恶性肿瘤细胞相比,术后诊断出的良性肿瘤细胞在该PDX模型中显示出较低的荧光强度,从而实现了对随机临床样本里良性与恶性肿瘤细胞的区分。结合TTF-TAT 点标记的细胞具有高时空分辨率和高信噪比的特点,Liu等人还观察到随机临床样本中的恶性肿瘤细胞在斑马鱼PDX模型中具有较高的转移能力,说明TTF-TAT点作为染色剂的斑马鱼PDX模型可作为临床肿瘤样品分级的一种高效方法。

相关论文在线发表于Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201901226)。论文的共同第一作者为Cathleen Teh博士和Purnima Naresh Manghnani博士,通讯作者为刘斌教授。