Make it Evident丨探寻材料膜裂解活性的“开关”

【膜裂解活性材料】

膜裂解活性材料可以绕过胞内信号通路，通过靶向破坏细胞膜，来诱导细胞死亡，有效地克服肿瘤细胞的异质性和耐药等问题。

但是，这类材料对正常组织细胞也具有强毒性，目前临床上只能通过瘤内注射的方式进行给药；其应用的关键是实现对靶细胞的高选择性，同时降低对正常组织细胞的毒性。

目前膜裂解活性材料主要应用于抗菌方面。研究者利用致病性微生物和哺乳动物细胞之间细胞膜结构和组成的巨大差异，及感染微环境与正常组织的显著变化，通过调控两亲性平衡或者设计感染微环境响应性材料，实现对病原体的高选择性杀伤。

然而，肿瘤细胞膜的成分和正常组织细胞并没有显著的差异；此外，虽然肿瘤组织和正常组织相比有特殊微环境，但他们之间的差异较小，比如正常组织pH约为7.4，而肿瘤组织pH约为6.5-7.0。

如何在微小的差异下实现材料膜裂解活性的精确调控是该类材料在肿瘤治疗应用中的关键和技术瓶颈所在。 
【SpinSR10监控细胞膜裂解过程】2022年3月25日，华南理工生物医学科学与工程学院王均教授、熊梦华教授、中山大学孙逸仙纪念医院鲍燕副研究员和中国科学技术大学肖石燕副教授合作在纳米技术领域顶刊Nature Nanotechnology上发表题为“A transistor-like pH-sensitive nanodetergent for selective cancer therapy”的研究论文。

该研究利用肿瘤酸性环境与正常组织之间的微小pH差异，发展了具有“质子晶体管”效应的pH超敏纳米去垢剂pTN.Ts（“Proton transistor” Nanodetergents），可将肿瘤组织中微小的pH扰动信号放大并转变成强的细胞膜裂解活性“开/关”转换信号，用于选择性癌症治疗。

通过筛选得到的最优材料P(C6-Bn₂₀)，可以在0.1 pH扰动的输入信号下实现>32倍的细胞毒性变化，其在小鼠中具有较好的耐受性，并在多种小鼠肿瘤模型中显示出强抗肿瘤疗效。

该研究工作中pTN.T的设计实现了在0.1 pH尺度下膜裂解活性材料功能的精准控制，为耐药肿瘤的治疗提供了新策略和新思路。

使用转盘共聚焦SpinSR10实时观测cy5标记P(C6-Bn₂₀)破膜过程：

图a.体外成像观察P(C6-Bn₂₀)破坏巨型囊泡释放其内荧光染料

图b.体外成像观察P(C6-Bn₂₀)破坏Panc02GFP/mCherry细胞膜释放其内荧光蛋白并统计细胞荧光变化；

图c.体内成像观察P(C6-Bn₂₀)杀伤耳部Panc02GFP/mCherry肿瘤释放其内荧光蛋白。

在该研究中，实时地体内外成像观察P(C6-Bn₂₀)破坏膜的过程是主要的技术难点。而OLYMPUS SpinSR10超分辨转盘共聚焦活体成像系统为此提供了良好的设备支撑，其配置有405、488、561、640四激光通道可实现多色荧光标记样品成像；可对深达100微米的区域进行成像，为局部小动物活体实时成像提供可能；

其可达110 nm的图像分辨率；每秒200帧的快速图像采集，可快速捕获活细胞内发生的各种变化过程；

实时控制器使激光器和摄像头成像达成微秒级的同步，极大地降低了光漂白和光毒性，使细胞保持健康状态；连续自动聚焦功能可自动实时追踪焦点位置，可获得清晰的延时图像；同时配有强大的图像分析处理软件，为后期数据处理提供便利；