Make it Evident丨探尋材料膜裂解活性的“開關”

     Make it EVIDENT     

本期推出【 SpinSR Makes Cells Evident 】

華南理工生物醫學科學與工程學院

【膜裂解活性材料】

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

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

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

然而，腫瘤細胞膜的成分和正常組織細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境與正常組織之間的微小pH差異，發展了具有“質子晶體管”效應的pH超敏納米去垢劑pTNTs（“Proton transistor” Nanodetergents），可將腫瘤組織中微小的pH擾動信號放大并轉變成強的細胞膜裂解活性“開/關”轉換信號，用于選擇性癌癥治療。

通過篩選得到的最優材料P(C6-Bn₂₀)，可以在0.1 pH擾動的輸入信號下實現>32倍的細胞毒性變化，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的設計實現了在0.1 pH尺度下膜裂解活性材料功能的精準控制，為耐藥腫瘤的治療提供了新策略和新思路。

使用轉盤共聚焦SpinSR10實時觀測

cy5標記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熒光染料

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

pH 6.8 下破膜過程

pH 7.4 下破膜過程

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

其可達110 nm的圖像分辨率；每秒200幀的快速圖像采集，可快速捕獲活細胞內發生的各種變化過程；

實時控制器使激光器和攝像頭成像達成微秒級的同步，極大地降低了光漂白和光毒性，使細胞保持健康狀態；連續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，為后期數據處理提供便利；