Tirapazamine-loaded CalliSpheres microspheres enhance synergy between tirapazamine and embolization against liver cancer in an animal model

載替拉扎明的CalliSpheres微球增強替拉扎明與栓塞治療肝癌的協同作用

來源：Biomedicine & Pharmacotherapy 151 (2022) 113123

 

一、摘要概述

 

本研究開發了替拉扎明（TPZ）載藥CalliSpheres微球（CSMTPZs），通過肝動脈化療栓塞術（TAE）治療兔VX2肝癌模型。核心發現包括：

 

載藥微球制備：CSMTPZs在7% HCl溶液中載藥量達23.2 mg/g，體外釋放顯示快速釋放特性（4小時釋放80%，圖1）。

 

 

栓塞誘導缺氧：TAE后腫瘤氧分壓（pO?）從86.05 mmHg驟降至37.31 mmHg（1小時），并伴隨HIF-1α表達上調（圖2）。

 

 

協同增效機制：

 

CSMTPZs提升腫瘤內TPZ濃度（較TPZ+TAE組高2.5倍），降低全身暴露（圖3）。

 

 

增強DNA損傷（橄欖尾矩31.9 vs. TPZ+TAE組12.7，圖4）。

 

 

顯著增加腫瘤壞死率（98.9% vs. 84.5%）和凋亡率（84.27% vs. 73.16%，圖5-6）。

 

 

 

生存獲益：CSMTPZ組中位生存期延長至62.5天（TPZ+TAE組52天，圖7A）。

 

 

安全性：CSMTPZ未顯著加重栓塞相關肝損傷（ALT/AST峰值與TAE組無差異，圖7B-D）。

 

結論：CSMTPZs通過增強TPZ的缺氧選擇性細胞毒性，顯著提升TAE的抗腫瘤協同效應，為肝癌介入治療提供新策略。

 

二、研究目的

 

優化TPZ遞送系統：解決TPZ水溶性差、全身毒性高的問題，開發CSMs載藥微球。

 

驗證協同機制：明確TAE誘導的腫瘤缺氧與TPZ缺氧激活特性的協同抗腫瘤效應。

 

評估臨床轉化潛力：比較CSMTPZs與傳統TPZ+TAE的療效與安全性。

 

三、研究思路

 

采用 “載藥優化-缺氧驗證-藥效評估-機制解析”四級策略：

 

載藥微球制備與表征（圖1）：

 

篩選TPZ溶劑（7% HCl溶液載藥效率最優）。

 

評估微球形貌（SEM）、載藥量（23.2 mg/g）及體外釋放曲線（4小時釋放80%）。

 

腫瘤缺氧動態監測（圖2）：

 

Unisense微電極系統：實時測量TAE前后腫瘤pO?變化（圖2A-B）。

 

免疫組化：驗證缺氧標志物pimonidazole和HIF-1α的空間分布（圖2C-F）。

 

藥效與藥代動力學（圖3-6）：

 

腫瘤藥物濃度：HPLC檢測TPZ及其代謝物（圖3D）。

 

DNA損傷：彗星實驗量化DNA斷裂（圖4）。

 

組織學評估：HE/TUNEL染色分析壞死與凋亡（圖5-6）。

 

生存與安全性（圖7）：

 

生存分析（Kaplan-Meier曲線）。

 

肝功能指標（ALT/AST/TB）動態監測。

 

四、關鍵數據及其研究意義

1. 腫瘤缺氧動態變化（圖2）

 

數據來源：圖2B（pO?曲線）、圖2C-F（免疫組化）。

 

關鍵結果：

 

TAE后1小時腫瘤pO?下降57%（86.05→37.31 mmHg）。

 

缺氧區域集中于腫瘤邊緣，HIF-1α陽性細胞同步增多。

 

研究意義：首次通過實時pO?監測證實TAE誘導急性缺氧，為TPZ的缺氧激活提供時空依據。

 

2. CSMTPZs藥代優勢（圖3）

 

數據來源：圖3D（腫瘤藥物濃度）、圖3E（血漿藥時曲線）。

 

關鍵結果：

 

CSMTPZs組腫瘤TPZ濃度峰值較TPZ+TAE組高2.5倍。

 

血漿AUC??∞降低40%，全身暴露減少。

 

研究意義：載藥微球實現腫瘤靶向遞送，規避TPZ全身毒性瓶頸。

 

3. 協同抗腫瘤效應（圖4-6）

 

數據來源：

 

圖4B（DNA損傷量化）、圖5F（壞死率）、圖6B（凋亡率）。

 

關鍵結果：

 

DNA損傷（橄欖尾矩）：CSMTPZs組（31.9）＞TPZ+TAE組（12.7）。

 

腫瘤壞死率：CSMTPZs組（98.9%）＞TPZ+TAE組（84.5%）。

 

研究意義：CSMTPZs通過增強DNA損傷與凋亡誘導，實現深度腫瘤殺傷。

 

4. 生存與安全性（圖7）

 

數據來源：圖7A（生存曲線）、圖7B-D（肝功能指標）。

 

關鍵結果：

 

中位生存期：CSMTPZs組（62.5天）＞TPZ+TAE組（52天）。

 

ALT峰值：CSMTPZs組（120 U/L）≈TAE組（110 U/L）。

 

研究意義：證實CSMTPZs在延長生存的同時不加重肝損傷，具備臨床轉化安全性。

 

五、結論

 

載藥系統創新：CSMTPZs實現TPZ的高效負載與腫瘤靶向釋放。

 

機制突破：TAE誘導的急性缺氧激活TPZ，通過DNA損傷與凋亡通路協同增效。

 

臨床價值：CSMTPZs較傳統TPZ+TAE顯著提升療效（壞死率↑14.4%，生存期↑10.5天），安全性可控。

 

六、丹麥Unisense電極數據的詳細解讀

1. 技術原理與實驗設計

 

系統組成：OX-10微電極（Unisense）+ 電動微操縱平臺（圖2A）。

 

測量機制：Clark型氧電極通過電化學還原反應實時檢測組織pO?。

 

空間定位：電極以2mm步進穿透腫瘤，獲取多點pO?（附圖2A）。

 

2. 關鍵數據與意義（圖2）

 

缺氧動力學驗證：

 

TAE后1小時pO?驟降57%（圖2B），直接證實栓塞誘導急性缺氧。

 

缺氧區域集中于腫瘤邊緣（圖2D），與HIF-1α表達區域重合（圖2F），揭示殘余腫瘤的缺氧適應性。

 

研究意義：

 

金標準驗證：Unisense作為缺氧檢測金標準，為TPZ的缺氧激活機制提供直接證據。

 

治療時間窗指導：pO?最低點（1小時）提示TPZ最佳激活時機，優化給藥策略。

 

3. 技術優勢與局限

 

優勢：

 

高時空分辨率：實時動態監測（分鐘級），空間精度達2mm。

 

活體適用性：50μm超細針尖（圖2A）最小化組織損傷，適合術中應用。

 

局限：

 

操作復雜性：需開腹暴露腫瘤，限制臨床轉化。

 

單點檢測：無法同步獲取全腫瘤缺氧圖譜。

 

4. 對臨床的啟示

 

個體化治療：Unisense數據揭示腫瘤缺氧異質性，提示需根據缺氧程度調整TPZ劑量。

 

技術替代方向：開發無創缺氧影像（如PET/MRI）聯合微電極校準，提升臨床可行性。

 

總結：本研究通過Unisense微電極精準量化TAE誘導的腫瘤缺氧，證實CSMTPZs通過增強TPZ的缺氧選擇性細胞毒性，顯著提升TAE療效。Unisense數據不僅為機制研究提供關鍵支撐，也為優化介入治療時序提供科學依據。