Make it Evident丨探尋材料膜裂解活性的“開關(guān)”

     Make it EVIDENT     

本期推出【 SpinSR Makes Cells Evident 】

華南理工生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院

【膜裂解活性材料】

膜裂解活性材料可以繞過胞內(nèi)信號通路，通過靶向破壞細(xì)胞膜，來誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，有效地克服腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性和耐藥等問題。

但是，這類材料對正常組織細(xì)胞也具有強毒性，目前臨床上只能通過瘤內(nèi)注射的方式進行給藥；其應(yīng)用的關(guān)鍵是實現(xiàn)對靶細(xì)胞的高選擇性，同時降低對正常組織細(xì)胞的毒性。

目前膜裂解活性材料主要應(yīng)用于抗菌方面。研究者利用致病性微生物和哺乳動物細(xì)胞之間細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和組成的巨大差異，及感染微環(huán)境與正常組織的顯著變化，通過調(diào)控兩親性平衡或者設(shè)計感染微環(huán)境響應(yīng)性材料，實現(xiàn)對病原體的高選擇性殺傷。

然而，腫瘤細(xì)胞膜的成分和正常組織細(xì)胞并沒有顯著的差異；此外，雖然腫瘤組織和正常組織相比有特殊微環(huán)境，但他們之間的差異較小，比如正常組織pH約為7.4，而腫瘤組織pH約為6.5-7.0。

該研究利用腫瘤酸性環(huán)境與正常組織之間的微小pH差異，發(fā)展了具有“質(zhì)子晶體管”效應(yīng)的pH超敏納米去垢劑pTNTs（“Proton transistor” Nanodetergents），可將腫瘤組織中微小的pH擾動信號放大并轉(zhuǎn)變成強的細(xì)胞膜裂解活性“開/關(guān)”轉(zhuǎn)換信號，用于選擇性癌癥治療。

通過篩選得到的最優(yōu)材料P(C6-Bn₂₀)，可以在0.1 pH擾動的輸入信號下實現(xiàn)>32倍的細(xì)胞毒性變化，其在小鼠中具有較好的耐受性，并在多種小鼠腫瘤模型中顯示出強抗腫瘤療效。

該研究工作中pTNT的設(shè)計實現(xiàn)了在0.1 pH尺度下膜裂解活性材料功能的精準(zhǔn)控制，為耐藥腫瘤的治療提供了新策略和新思路。

使用轉(zhuǎn)盤共聚焦SpinSR10實時觀測

cy5標(biāo)記P(C6-Bn₂₀)破膜過程：

圖a.體外成像觀察P(C6-Bn₂₀)破壞巨型囊泡釋放其內(nèi)熒光染料

圖c.體內(nèi)成像觀察P(C6-Bn₂₀)殺傷耳部Panc02GFP/mCherry腫瘤釋放其內(nèi)熒光蛋白。

pH 6.8 下破膜過程

pH 7.4 下破膜過程

在該研究中，實時地體內(nèi)外成像觀察P(C6-Bn₂₀)破壞膜的過程是主要的技術(shù)難點。而OLYMPUS SpinSR10超分辨轉(zhuǎn)盤共聚焦活體成像系統(tǒng)為此提供了良好的設(shè)備支撐，其配置有405、488、561、640四激光通道可實現(xiàn)多色熒光標(biāo)記樣品成像；可對深達(dá)100微米的區(qū)域進行成像，為局部小動物活體實時成像提供可能；

其可達(dá)110 nm的圖像分辨率；每秒200幀的快速圖像采集，可快速捕獲活細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種變化過程；

實時控制器使激光器和攝像頭成像達(dá)成微秒級的同步，極大地降低了光漂白和光毒性，使細(xì)胞保持健康狀態(tài)；連續(xù)自動聚焦功能可自動實時追蹤焦點位置，可獲得清晰的延時圖像；同時配有強大的圖像分析處理軟件，為后期數(shù)據(jù)處理提供便利；