铁死亡新应用：我国学者开发基于铁死亡的癌症诊断和协同疗法

来源：生物世界 2022-11-25 09:16

对于MRI，UF@PPDF通过动态T2-T1成像切换能够清晰地显示组织的大小和致密度，实现了肿瘤的高分辨诊断。

作为地球上最丰富的元素之一，铁是血红蛋白和许多维持生命的不同酶中的主要功能元素。人体内适量的铁离子对健康有益。值得注意的是，铁离子在细胞中的积累可能导致细胞死亡，这是一种由铁依赖性的活性氧（ROS）生成诱导的程序性细胞死亡，这种细胞死亡方式在2012年被定义为铁死亡（Ferroptosis）。

最近，为了开发新的癌症疗法，癌细胞的铁死亡治疗引起了越来越多的关注，并逐渐发展成为化学动力学治疗（CDT）的主要模式。因此，各种铁基纳米材料已被开发用于癌症的治疗和诊断，这不仅是因为铁死亡作用、较好的生物相容性和低成本优势，还因为铁基纳米材料优异的物理化学性质，如超顺磁性性能。磁性的铁基纳米治疗剂的另一个优点是通过磁共振成像（MRI）同时实现对肿瘤的精确诊断。

由于高组织穿透力和空间分辨率，磁共振成像（MRI）是使用最广泛的成像诊断方法之一。然而，现有的磁性铁基MRI造影剂主要实现横向弛豫性（T2加权MRI）的单一成像效果，这对于低分辨的组织和肿瘤部位难以实现显著的成像诊断。因此，开发提高诊断效果的智能磁性铁基MRI造影剂对肿瘤的准确诊断具有重要意义。最近，动态可切换的MRI造影剂，可以通过特定的TME激活从T2到T1或从T1到T2的可切换MR成像，正成为高分辨率MRI的研究热点。

近日，中国科学院生物物理研究所秦燕课题组和北京科技大学姜建壮教授、王天宇教授合作，在 Advanced Functional Materials 期刊发表了题为：Modulated ultrasmall γ-Fe2O3 nanocrystal assembles for switchable magnetic resonance imaging and photothermal-ferroptotic-chemical synergistic cancer therapy 的研究论文。

该研究开展了癌症的动态MRI诊断和铁死亡治疗、光热治疗（PTT）和化疗协同治疗研究。

研究团队通过调节超小的γ-Fe2O3纳米晶组装体，开发了多级的Fe2O3结构，并进一步结合靶向分子叶酸（FA）和化疗药物（Dox），得到多功能肿瘤诊疗纳米药物UNA-γ-Fe2O3@PAH/PAA@Dox@PEG-FA（UF@PPDF NPs）。UF@PPDF NPs的分级组装结构大大提高了铁的利用效率，并实现了极高的近红外二区（NIR-II）光热转换效率。对于MRI，UF@PPDF通过动态T2-T1成像切换能够清晰地显示组织的大小和致密度，实现了肿瘤的高分辨诊断。

同时，UF@PPDFNPs在NIR-II照射下表现出高效的PTT效果，以及铁离子和Dox的控制释放，从而实现了铁死亡治疗，光热治疗（PTT）和化学治疗相结合的三功能协同肿瘤治疗。差异表达基因的RNA测序（RNA-Seq）分析也表明了这种疗法在癌细胞信号传导中的多方面作用。细胞呼吸和电子传输被显著上调，而表观遗传途径，包括染色质修饰和转录活性被严重下调，从而导致细胞凋亡。因此，UF@PPDF NPs为高效的深部肿瘤诊疗提供了新的可能性。

UF@PPDF NPs的合成、动态可切换MRI诊断和铁死亡-PTT-化学治疗相结合的三功能协同肿瘤治疗。

中科院生物物理所秦燕研究员、骆健俊研究员、北京科技大学姜建壮教授和王天宇教授为本文的共同通讯作者。北京科技大学博士研究生杨包产为本文第一作者。生物物理所薛蓉研究员和研究生毛伟为MRI测试提供了帮助；生物物理所骆健俊研究员和研究生张亦茗为RNA测序分析提供了帮助。生物物理所博士生赵遵岭等也参与了该项研究。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金资助。生物物理所实验动物平台为该研究提供了重要的技术支持。

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