黑色素瘤是一種最令人擔憂的皮膚癌，病因是黑色素細胞生長失控。雖然黑色素瘤患者可從現(xiàn)有的免疫療法中得到幫助，但到目前為止，并非所有患者都能受益，有超過50%的患者對目前的免疫療法藥物沒有反應(yīng)，而在最初有反應(yīng)的患者中，有許多也產(chǎn)生了耐藥性。因此，除了開發(fā)更有效的免疫療法，還需要醫(yī)生能夠判定哪些患者在開始治療時反應(yīng)良好，哪些患者保持或停止反應(yīng)，以便做出最佳的治療方案。

由于黑色素瘤患者皮膚癌變的損傷部位很容易察覺，所以根除癌變的有效方法可能是局部應(yīng)用免疫療法，而不是將藥物注入患者血液進行系統(tǒng)性循環(huán)。此外，通過靈敏、連續(xù)地測量不同的生物標志物——標志著預(yù)期的免疫細胞激活和理想的炎癥反應(yīng)，來監(jiān)測免疫系統(tǒng)對腫瘤部位治療的反應(yīng)，可以實現(xiàn)更好、更個性化的患者護理。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，美國哈佛大學(xué)韋斯生物啟發(fā)工程研究所（Wyss Institute at Harvard University）、麻省理工學(xué)院（MIT）和波士頓布萊根婦女醫(yī)院（Brigham and Women's Hospital）組成的一支研究團隊開發(fā)出一種新型療法，該方法集成了微創(chuàng)、無痛的微針平臺，能夠從皮膚深層吸收細胞周圍含有生物標志物的液體，同時采用超靈敏的單分子檢測方法（如分子免疫陣列（singlemoleculearray，Simoa））檢測罕見的但與疾病相關(guān)的生物標志物，新的檢測方法靈敏度遠高于傳統(tǒng)方法。研究人員通過創(chuàng)建小鼠黑色素瘤模型，利用新型療法治療其癌變，從而為該新型療法提供概念驗證。該療法局部作用于腫瘤病變部位，它結(jié)合了非侵入性聚焦超聲（FUS），遞送先前開發(fā)的納米顆粒（NP）結(jié)合的炎癥誘導(dǎo)蛋白激活劑——干擾素基因刺激因子（STING），在腫瘤部位產(chǎn)生熱量，立即殺死腫瘤細胞。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。

使用微針從黑色素瘤病變中采集生物標志物分子，并通過超靈敏的單分子檢測方法進行檢測

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的哈佛醫(yī)學(xué)院（HMS）醫(yī)學(xué)副教授、麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所（Institute for Medical Engineering and Science，IMES）的首席科學(xué)家、哈佛大學(xué)韋斯生物啟發(fā)工程研究所助理教員Natalie Artzi博士說道：“利用這種新型療法，使用微針可以快速讀取黑色素瘤的治療反應(yīng)，并能進行有效的藥物篩查和患者分層，可最大限度地提高治療效果?！?/p>

局部免疫療法

Artzi及其團隊成員利用以前的一些開創(chuàng)性方法和專業(yè)知識，首先開發(fā)了一種針對黑色素瘤的局部應(yīng)用免疫療法。在最近出版的論文中，他們提到了一種在免疫細胞中激活該蛋白的更有效方法，該方法建立在炎癥誘導(dǎo)蛋白激活劑——干擾素基因刺激因子——有助于殺死腫瘤細胞這一已知事實的基礎(chǔ)上。干擾素基因刺激因子的天然激活劑（激動劑）在體內(nèi)不夠穩(wěn)定，需要高劑量給藥，但是這會產(chǎn)生副作用。該研究團隊的解決方案是通過納米顆粒遞送多個拷貝的合成干擾素基因刺激因子激活劑——合成環(huán)狀二核苷酸（CDN），通過易于穿過質(zhì)膜的納米顆粒，在工程酶促反應(yīng)的幫助下，將物質(zhì)釋放到細胞內(nèi)。這種環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒治療劑可以直接注射于癌變皮膚或附近皮膚，以增加腫瘤中的藥物濃度。

該論文的第一作者、BioDevek初創(chuàng)公司的研究科學(xué)家Daniel Dahis博士在以色列理工學(xué)院（Israel Institute of Technology）教授、醫(yī)學(xué)成像專家、該論文的合著者Haim Azhari博士的指導(dǎo)下，與Artzi一起通過該項目完成了研究生工作。他說：“在該項研究中，我們通過聚焦超聲結(jié)合干擾素基因刺激因子激活劑在腫瘤微環(huán)境（TME）中遞送，以促進對垂死腫瘤細胞抗原的處理，同時協(xié)調(diào)更廣泛的免疫反應(yīng)。”

該研究團隊首先表明，聚焦超聲治療可使皮膚小面積溫度瞬時升高至60°C，增強了環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒治療在培養(yǎng)皿中免疫細胞和癌癥細胞的共培養(yǎng)、以及在小鼠黑色素瘤腫瘤中的效果，他們采用了這種聯(lián)合治療法。重要的是，在治療后60天，所有只接受聚焦超聲治療的動物都已死亡，而只接受環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒治療的動物中有75%依然存活，而聯(lián)合治療法使該受試組動物達到100%的存活率。

深入挖掘皮膚生物標志物

為了研究聯(lián)合治療法的存活要點是否體現(xiàn)在腫瘤部位的生物標志物水平上——這在未來可能轉(zhuǎn)化為對接受免疫療法的人類患者反應(yīng)的監(jiān)測，Artzi的研究團隊之前開發(fā)了一種由透明質(zhì)酸制成的新型微創(chuàng)微針，原則上可用于同時遞送藥物和檢測生物標志物。該微針可到達皮膚的真皮層，聚合物在此處會與皮膚細胞周圍的液體（即皮膚間質(zhì)液（ISF））相遇，它會像海綿一樣，吸收少量皮膚間質(zhì)液。Dahis說：“僅用微針獲得的幾微升皮膚間質(zhì)液就可提供豐富的生物標志物信息，因為正常皮膚細胞、局部免疫細胞和癌癥細胞不斷分泌不同的信號分子和代謝產(chǎn)物。取回微針后，可以簡單地溶解微針的尖端，將捕獲的分子釋放到試管中，以便我們開始生物標志物分析?！?/p>

研究人員設(shè)計了一種基于新型微針的策略來監(jiān)測對局部應(yīng)用的黑色素瘤免疫療法的免疫反應(yīng)

然而，盡管研究人員發(fā)現(xiàn)聚焦超聲明顯增加了環(huán)狀二核苷酸-納米顆粒在腫瘤中引發(fā)的免疫反應(yīng)，但使用傳統(tǒng)方法幾乎無法檢測到或根本檢測不到許多有意義的生物標志物，例如被激活的干擾素基因刺激因子蛋白激活基因。為了克服這一瓶頸，Artzi的研究團隊與韋斯生物啟發(fā)工程研究所核心教員David Walt博士聯(lián)手，David Walt博士之前開發(fā)了具有超靈敏生物標志物檢測能力的分子免疫陣列技術(shù)。分子免疫陣列本質(zhì)上允許研究人員用一種特異性抗體分子捕獲有意義的生物標志物蛋白，該特異性抗體分子與一個比抗體本身大得多的磁珠相連。然后，在第二類檢測抗體的幫助下，將結(jié)合蛋白“夾”在多孔板的各個孔中，每個孔只能容納一個磁珠?？贵w探測器可在孔中產(chǎn)生熒光信號的酶標記。因此，分子免疫陣列能夠在單分子水平上對單個生物標志物蛋白進行數(shù)字計數(shù)，這遠遠超過了常用檢測方法的靈敏度。

Walt團隊的合著者Tal Gilboa博士開發(fā)了四種分子免疫陣列檢測方法，以檢測由干擾素基因刺激因子激活的分子表達：干擾素-b（IFN-b）、人巨噬細胞趨化蛋白-1（MCP-1）和枯否細胞（KC），它們都能吸引免疫細胞進入腫瘤，以及一般炎癥標志物白細胞介素-6（IL-6）。事實上，這使研究人員能夠在微針提取的皮膚間質(zhì)液樣本中檢測到這些生物標志物，與常用的檢測方法相比，靈敏度提高了100到1000倍，并且這些測量結(jié)果反映了血液樣本中相同生物標志物的平行分子免疫陣列測量。Dahis說：“令人震驚的是，具有最明顯促炎反應(yīng)的動物也是存活時間最長的動物。”

哈佛醫(yī)學(xué)院（HMS）Hansj?rg韋斯生物啟發(fā)工程研究所教授、布萊根婦女醫(yī)院的病理學(xué)教授、霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）教授Walt說：“Artzi實驗室卓越的微針技術(shù)包含工程納米結(jié)構(gòu)，原則上可以實現(xiàn)藥物遞送和微量采樣——這是一個全新的治療概念，為黑色素瘤的治療提供了理想的、非侵入性且全面的解決方案?！盬alt與合著者Rushdy Ahmad博士共同領(lǐng)導(dǎo)了韋斯生物啟發(fā)工程研究所診斷加速器——旨在縮短包括癌癥在內(nèi)的多個疾病領(lǐng)域所需的診斷時間。

新型微針可同時實現(xiàn)藥物遞送和生物標志物檢測

韋斯生物啟發(fā)工程研究所創(chuàng)始董事、醫(yī)學(xué)博士Donald Ingber介紹道：“這項工作是我們在韋斯生物啟發(fā)工程研究所努力實現(xiàn)的跨學(xué)科合作和尖端技術(shù)融合的一個典型例子。這一新進展有可能通過直接評估個體患者的治療效果，將癌癥免疫療法的質(zhì)量提高到一個新的水平。”

醫(yī)學(xué)博士Donald Ingber是哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院（Boston Children's Hospital）猶大·?？寺↗udah Folkman）血管生物學(xué)教授，也是哈佛大學(xué)約翰保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院、Hansj?rg韋斯生物啟發(fā)工程研究所仿生工程教授。

審核編輯：彭菁