多光子“光学活检”结合循环血肿瘤细胞在肝癌个体化治疗中的应用基础研究

Biological characteristics is the most important factor for prognosis of hepatocellular carcinomas. Personalized therapy for hepatocellular carcinomas is a tailored treatment based on their respective biological characteristics, which is useful to improve therapeutic effect and avoid overtreatment or unnecessary treatment. Our previous study found that multiphoton "optical biopsy", based on the advancement of the field of non-linear optics and femtosecond lasers, could not only provide real-time detailed information about tissue architecture, cell morphology and cell metabolism, but also reveal collagen change in cancer invasion and metastasis, by using a combination of auto-fluorescence from cells and second harmonic generation signal from collagen. This multiphoton "optical biopsy" is helpful to make patho-biology diagnosis and show biological characteristics of hepatocellular carcinomas. Besides multiphoton "optical biopsy", our previous study also found that circulating tumor cells, could be used to judge cancer biological characteristics of hepatocellular carcinomas because circulating tumor cells played a key role in cancer recurrence and metastasis. The appearance and the number of circulating tumor cells were related with biological characteristics of hepatocellular carcinomas. Moreover, the change of circulating tumor cells could predict disease progression, therapeutic response and prognosis. Therefore, based on previous study, we further investigate the role of multiphoton "optical biopsy" and circulating tumor cells in personalized therapy for hepatocellular carcinomas. We believe that multiphoton "optical biopsy" can show the difference of cell metabolism and collagen change, and circulating tumor cells can indicate the treatment effect and prognosis in different hepatocellular carcinomas with their respective biological characteristics. In short, the purpose of this study is to use multiphoton "optical biopsy" and circulating tumor cells to guide personalized therapy for hepatocellular carcinomas.

肝癌的生物学特性是影响肝癌预后的最主要因素，而针对生物学特性及病期进行的肝癌个体化治疗有助于提高疗效，避免无效或过度治疗。本课题前期实验发现：1）基于非线性光学和飞秒激光镭射之上的多光子"光学活检"，通过利用活体组织中细胞本身产生的自体荧光及胶原组织产生的二次谐波，可以实时捕获肝癌的组织结构、细胞形态、功能代谢，以及侵袭转移时周围间质中胶原信号的变化，实现肿瘤"形态"与"功能"相统一的"病理-生物学"诊断；2）循环血肿瘤细胞，其出现的早晚和数目的变化，不但与肿瘤的生物学特性密切相关，而且可以评判病期、疗效及预后。本课题拟在前期研究基础上进一步通过多光子"光学活检"对不同生物学特性肝癌的功能代谢及侵袭转移进行研究，阐明不同生物学特性肝癌的实质细胞代谢特点及间质胶原变化特征，并结合循环血肿瘤细胞对肝癌的生物学特性、病期、疗效、预后进行评判，从而为肝癌的个体化治疗提供依据和帮助。

课题（多光子“光学活检”结合循环血肿瘤细胞在肝癌个体化治疗中的应用基础研究，项目号81272574）完成情况顺利：首先，在肝癌的多光子“光学活检”方面，课题组利用肝癌动物模型及我院组织库标本，进行肝癌的多光子“光学活检”。通过肝癌的裸鼠模型及大鼠模型，进行活体多光子成像，在体实时观察到肝癌的组织结构和细胞形态，以及肿瘤侵袭转移时的间质变化，特别是胶原的动态变化。课题组对组织库肝癌标本进行多光子成像，掌握了不同类型肝癌的组织结构和细胞形态，以及肝癌组织与正常组织不同的氧化还原率（氧化还原率=烟酰胺腺嘌呤二核苷酸/黄素腺嘌呤二核苷酸）。其次，在循环血肿瘤细胞方面，课题组建立了绿色荧光蛋白（GFP）标记的原位肝癌荷瘤裸鼠模型，并利用活体流式细胞仪，动态监测循环血肿瘤细胞在肝癌模型不同阶段及不同治疗方法中的动态变化，发现循环血肿瘤细胞的数目与肝癌疾病进程以及疗效密切相关，相关系数r = 0.947。最后，课题组结合多光子“光学活检”与循环血肿瘤细胞检测两种技术，利用GFP标记的原位肝癌荷瘤鼠模型，发现肝癌靶向治疗药索拉菲尼明显抑制肿瘤的局部侵袭，并通过减少循环血肿瘤细胞的数目抑制肝癌远处转移。课题组模拟临床，建立了具有免疫排斥反应的Lewis→ACI大鼠肝移植模型，发现索拉菲尼明显抑制PERK阳性的Morris Hepatoma 肝癌的生长，为临床索拉菲尼个体化治疗PERK阳性的肝癌患者提供了依据。课题组利用不同转移潜能的肝癌模型及临床组织标本，发现小热休克蛋白Cryab过表达可诱导肝癌细胞产生上皮-间质转化，导致索拉菲尼耐药。.课题取得了良好的研究成果：课题组共发表标注由本基金资助的SCI论文5篇，累计影响因子约24分，超过基金计划书预期发表2篇SCI的目标。5篇SCI论文中有4篇影响因子均超过3分，分别发表在Hepatology（影响因子12.003）、Liver Transplantation（影响因子3.944）、Surgical Endoscopy（影响因子3.427）以及PLOS ONE（影响因子4.1）上。课题组指导博士研究生1人，硕士研究生2人。课题负责人在2013年美国胃肠外科年会上做学术汇报1次，在国内胃肠外科学术会议上做学术汇报5次。.综上，本项目顺利完成预期研究计划，达到预期的研究目标，取得良好的研究成果。