生物材料歷經多年的創新迭代，依然處于熱門的研究領域，尤其在治療癌癥等相關疾病方面都展示出了令人期待的潛力。作為生物材料的一類，超順磁性氧化鐵納米顆粒(SPION)，已用于諸多科學研究，例如電離輻射的放大和治療的靶向應用。本文介紹的這篇文章，就是研究SPION在作為放射增敏劑的應用價值。
 

該文章發表于納米材料的優質期刊《Nanomaterials》最新一期（2023, 13, 330）。目前，超順磁性氧化鐵納米顆粒(SPIONs)已被證明可應用于醫療領域以及其他科研領域，如基因治療中siRNA的傳遞、化療藥物的靶向傳遞、通過磁熱療誘導癌細胞凋亡以及作為MRI造影劑。表面涂有(3-氨基丙基)-三乙氧基硅烷(SPIONAPTES)的SPIONs，由于其表面的游離氨基，提供了連接各種治療藥物和物質用于不同醫療應用的可能性。這些特性使其成為許多應用的主要候選，特別是在腫瘤治療的新方法中，已經被研究用于化療藥物、生長抑制劑或抗體的靶向應用，如宮頸癌、淋巴瘤和卵巢癌。

在本研究中，作者利用德國zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統對不同細胞系的細胞進行長時程不間斷的觀察，得到了強有力的實驗數據。
 

圖1 zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統

 

在本實驗中，作者利用zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統觀察細胞在加入SPIONs后的生長情況，并據此繪制生長曲線。在zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統下，作者看到納米顆粒最初均勻分布在細胞中，但經過一段時間后，一些細胞逐漸形成了具有高納米顆粒密度的細胞簇。大約24 h后，幾乎所有細胞都含有SPIONs。不過在接下來的48小時內，作者進一步觀察到細胞出現不同變化趨勢:一些細胞積累了SPIONs，而另一些細胞幾乎沒有任何SPIONs。對于細胞增殖（圖2，視頻1）而在記錄頻率更高的長時程觀察實驗中，作者還觀察到先前被細胞吸附的SPIONs在細胞分裂后在子細胞中分布并不是均一的，而呈現集中的情況。（圖3）
 

圖2 腫瘤細胞對SPIONs的吸附和吞噬。Cal33細胞是一種HPV陰性(HPV-)頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)細胞系，在加入不同濃度的納米顆粒(0、5和20μg Fe/mL)后，細胞狀態隨時間(1,24,48和72 h)變化的代表性圖像。

視頻1: 腫瘤細胞對SPIONs的吸附和吞噬。在加入不同濃度的納米顆粒(0、5，20μg和50μg Fe/mL)后，Cal33細胞狀態隨時間(1,24,48和72 h)變化的影像記錄。

圖3 利用zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統觀察HNSCC細胞與SPIONs相互作用的時間行為。SPIONs作用于HSC-4細胞(HPV-HNSCC細胞系)10小時內細胞分裂的圖像。黃色和綠色箭頭指向被細胞攝取前的納米顆粒聚集物。藍色圓圈標記納米顆粒含量高的子代細胞，紅色圓圈標記 納米粒子含量低的子代細胞。

在此基礎上，作者通過測量生長曲線來檢查SPIONs在不同的細胞類型上是否具有細胞抑制作用(圖4)。結果表明，Cal33和RPMI 2650細胞的生長速率有明顯差異。在所有輻射劑量下，SPIONs處理組與未處理組的RPMI 2650細胞無差異(p≥0.343)(圖 4 a-c)。相比之下，Cal33細胞對SPIONs本身更敏感，特別是對輻射和SPIONs的組合。在孵育105 h后，相比SPIONs未處理組，細胞增加的數目顯著減少(p<0.05)，同時細胞數量倍增所需時間也有顯著差異(p<0.05)(圖 4 d-f)。我們還對另外6個細胞系進行了0和2 Gy的輻射強度干預，并觀察記錄了生長曲線。總體而言，如果存在SPIONs, 6個細胞系中有4個細胞系的細胞數目倍增所需時間顯著增加。然而，當納米顆粒組和對照組均照射2gy劑量后，這種差異大多被逆轉，只有BEAS-2B細胞株的細胞數目倍增時間仍有顯著增加(圖4 g-i)。

圖4 zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統下生長曲線分析SPIONs在20μg Fe/mL時的細胞抑制作用。(a) RPMI 2650和(d) Cal33細胞在0-8 Gy下，加SPIONs和不加SPIONs的生長曲線均超過120 h;圖中只顯示了0、2和6 Gy的情況，虛線表示納米顆粒群。(b)所有劑量的RPMI 2650細胞在90小時和(e) Cal33細胞在培養105小時后的細胞數目統計結果。(c) RPMI 2650和(f) Cal33細胞在0-8 Gy劑量照射后的細胞數量翻倍時間。(g)添加和不添加20μg Fe/mL SPIONs以及在0和2 Gy照射后120 h的細胞株(BEAS-2B)生長曲線結果。 (h)添加和不添加SPIONs劑量分別為0和2 Gy的BEAS-2B、CLS 354、Det 562、HSC-4、udscc -2和UM-SCC-47細胞株的細胞數目翻倍時間。(i) (h)不同組間的顯著性;誤差條表示標準偏差。*對照組與SPION組在各自輻射劑量下差異均為顯著性，經Mann-Whitney u檢驗，p<0.05。

結合其他實驗數據，結果表明SPIONs對于不同的細胞系有不同的影響，對于某些細胞系而言（如RPMI 2650），SPIONs處理與否，并不會對細胞產生明顯的毒副作用，而且2Gy的輻射處理會逆轉SPIONs對細胞的影響；對于某些細胞系（如BEAS-2B），輻射并不能完全逆轉SPIONs導致的細胞增殖能力減弱的影響；而對于Cal33細胞，SPIONs所帶來的細胞毒性會導致細胞增殖能力大大減弱。該結果說明雖然對于大多數實驗中的細胞系而言，SPIONs的細胞毒性較弱，但不同的細胞系之間還是有明顯差異。

因此，SPION-APTES本身并不是有效的放射增敏劑，該研究也說明了SPION-APTES對細胞的影響是有限的，具有良好的細胞相容性。而這種相容性在未來的研究或應用中也具有值得關注的優勢，為未來進一步功能化SPIONs的研究奠定了重要基礎。

德國InnoME公司自主研發和生產的zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統，基于非標記、非侵入方法，原位記錄細胞實時生長和定量的分析數據。zenCELL owl體積小巧，耐溫耐濕，可在細胞培養箱內長時間連續工作；通過24個顯微成像鏡頭，對24個視野進行連續的動態監測和圖像獲取。zenCELL owl為用戶提供高質量圖像、視頻、統計學曲線和定量數據，實現細胞增殖／增殖抑制、細胞培養質控／培養優化、遷移／侵襲等諸多活細胞動態過程的監測。

環亞生物，生命科學產品全國性代理商，不斷把國外頂級的創新產品引入中國。環亞生物具備完善的公司運營、產品管理、營銷、售前技術支持和售后維修體系。環亞生物作為zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統大中華區獨家代理商，負責zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統產品大中華區的營銷和售后支持。
 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653521004884?via%3Dihub

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