纳米二氧化锰标记的iPS细胞用于胃癌的精准诊疗及其机制研究

How to improve effective accumulation of nanoprobes in tumor region has become a great challenge for cancer theranostics. Thereupon, how to clean these nanoprobes in vivo has also become our concern. Our previous studies showed that iPS cells could be labeled with gold nanorods, which displayed a robust migration capacity to target the tumor site and to improve photothermal therapeutic efficacy. Andmore, we developed an intelligent biodegradable manganese dioxide-based nanoprobe, which consisting of calcium carbonate-encapsulated manganese dioxide loaded with ICG (Mn@CaCO3/Ce6). Then we put forward to labeling the nanoprobe to iPS cells (Mn-iPS) in the treatment for gastric cancer. The effects of Mn@CaCO3/Ce6 on phenotype and migration were examined by flow cytometry and transwell boyden migration assay. The distribution and excretion of Mn-iPS was determined by MR imaging and fluorescence imaging. Therefore, iPS cells labeled by the probe were designed as targeting treatment nanoplatform for gastric cancer in vivo, these proposed results would provide theoretical basis to develop new measures of treatment for gastric cancer theranostics.

如何通过提高纳米探针在肿瘤部位的聚集量而实现癌症的精准诊疗是研究人员面临的一个巨大挑战。紧接着，如何使这些纳米碳针在完成精准诊疗任务后排泄到体外也成为研究人员需要解决的问题。在前期研究中发现iPS细胞可以有效地荷载上金纳米棒，在主动靶向肿瘤部位的同时极大地改善了其在肿瘤内部的分布。本课题前期研究中设计和制备出一种可以生物降解的纳米二氧化锰为基础的多功能纳米探针，该纳米探针是在纳米二氧化锰表面荷载上光动力治疗药物（ICG）后包覆上碳酸钙层所制备而成。据此提出将iPS细胞荷载上这种新型纳米探针用于胃癌的精准诊疗中，利用流式细胞仪/tranwell实验研究该纳米探针对iPS细胞表型、迁移能力的影响；通过核磁成像/活体成像来观察荷载纳米探针的iPS细胞在荷瘤鼠体内的分布及排泄情况。本课题旨在设计多功能纳米探针标记的iPS细胞作为胃癌的精准诊疗剂，为提出并制定胃癌的新型治疗方案提供理论及及实验依据。

背景：癌症的发生和发展与肿瘤细胞的高增殖率及其对免疫系统的逃避密切相关，新的癌症治疗策略旨在杀伤肿瘤细胞的同时激发肿瘤免疫系统从而彻底消灭肿瘤细胞。因此，有效地提高纳米探针在肿瘤组织部分的聚集和激发出强烈的抗肿瘤免疫反应是目前研究人员所追求的。.主要研究内容：在前期的研究基础上，我们在本项目研究中选用了三种细胞（iPS细胞、间充质干细胞和自然杀伤细胞）作为纳米探针靶向递送的载体，并设计和制备出两种分别基于二氧化锰纳米颗粒物和金纳米三角的纳米探针。在项目研究中采用多模态实时成像（活体荧光成像、T1-核磁成像和光声成像）观察了这些荷载纳米探针的细胞在荷瘤鼠体内的分布及代谢，然后在激光介导下进行了联合抗肿瘤治疗，并对治疗效果进行了综合评估。.重要结果：这些细胞在荷载纳米探针后可以主动靶向到肿瘤部位，有效地提高了纳米探针在肿瘤部位的聚集，因此提高了激光介导的联合治疗效果。iPS细胞与胚胎干细胞共享基本相同的基因表达和表面标志物谱，因此在本项目中发现iPS细胞在光动力治疗的诱导下可以激发出强烈的抗肿瘤免疫反应。.关键数据：多模态实时成像下，这些荷载纳米探针的细胞（iPS细胞、间充质干细胞和自然杀伤细胞）仍然表现出肿瘤归巢特性，高效地递送纳米探针到肿瘤部位。.科学意义：这些细胞可以从患者自体获得，这就可以解决了胚胎干细胞来源及伦理问题。此外在本项目研究中发现iPS细胞很强的免疫原性，表明其具有作为癌症疫苗的潜在的功能。并且，由自体诱导获得的iPS细胞可以比非自体的胚胎干细胞提供更准确和更典型的患者肿瘤免疫原。因此，这些细胞结合纳米材料具有很大的潜力制备出一种基于全细胞的抗肿瘤制剂。