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声动力疗法在癌症综合治疗中的应用现状

  • 陶琳 1 ,
  • 吴长君 , 1,
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  • 1.150000 哈尔滨医科大学附属第二医院住院处超声科
通信作者:吴长君,Email:

Copy editor: 吴春凤

收稿日期: 2022-07-24

  网络出版日期: 2023-01-19

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Application of sonodynamics in comprehensive therapy of cancer

  • Lin Tao 1 ,
  • Changjun Wu , 1
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Received date: 2022-07-24

  Online published: 2023-01-19

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本文引用格式

陶琳 , 吴长君 . 声动力疗法在癌症综合治疗中的应用现状[J]. 中华医学超声杂志(电子版), 2022 , 19(11) : 1157 -1159 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2022.11.001

20世纪90年代,Yumita等[1]发表了关于超声联合血卟啉对小鼠移植肿瘤生长抑制协同效应的研究,结果显示超声联合血卟啉对肿瘤的抑制作用显著高于单独使用其中一种,于是将之命名为声动力疗法(sonodynamic therapy,SDT)。SDT原理为:利用超声波对生物组织有较强的穿透力,尤其是聚焦超声,无创地将声能聚焦于深部组织,并激活声敏药物产生抗肿瘤效应。目前认为SDT抗肿瘤作用机制主要有超声空化效应、活性氧效应、超声诱导凋亡及自噬、铁死亡机制等[2, 3, 4]。然而,肿瘤的单一方法治疗往往不能达到理想的治疗效果。随着三十多年的不断研究与探索,SDT已成为一种具有巨大潜力的新型癌症治疗手段,并可与其他抗肿瘤方法联用,在肿瘤的综合治疗中取得了阶段性成果。

一、SDT联合化疗

有研究证实,超声能够产生声孔效应,从而增加肿瘤区域血管通透性、提高化疗药物在肿瘤区域的聚集[5]。同时,SDT对肿瘤细胞所产生的机械损伤作用使肿瘤细胞更加脆弱,从而对化疗药物易感。另外,癌症细胞所发生的基因突变能促进DNA高效修复表型的出现,从而产生对化疗药物的耐药性,而SDT能够通过诱导肿瘤细胞凋亡对抗耐药[6]。Yu等[7]使用疏水性沸石咪唑类骨架材料ZIF-8包封SDT声敏剂Ce6及肿瘤细胞毒性药物替拉扎明(Tirapazamine,TPZ),表面修饰以胃癌细胞膜成分,合成了能够有效诱导胃癌细胞凋亡的纳米颗粒,实现SDT与化疗药物在抗肿瘤方面的联合应用。Guan等[8]成功研发了一种生物可降解纳米复合物——介孔ZIF@MnO/盐酸阿霉素,该复合物能够在超声照射及肿瘤微环境中特异性分解,释放的MnO不仅能在超声作用下产生活性氧,还能氧化肿瘤细胞中的谷胱甘肽,增强氧化应激反应,从而增强化疗效果并克服耐药。Tang等[9]团队设计研发了一种新型依赖pH、谷胱甘肽、活性氧三重反应的纳米复合物——复方蒿甲醚/FeO/PEG-PPMDT纳米粒子,该粒子能够在肿瘤酸性、高谷胱甘肽微环境中快速、靶向释放药物,并在SDT产生高水平活性氧作用下增强肿瘤细胞坏死,实现肝细胞癌裸鼠异种移植瘤的显著抗肿瘤效果。由此可见,SDT联合化疗为肿瘤治疗提供了新方案。

二、SDT联合免疫治疗

肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte,TIL)是肿瘤微环境中重要的组成部分,TIL中的T淋巴细胞尤为关键,其介导的免疫反应是抗肿瘤反应的基础。在众多T细胞亚群中,有一种极为重要的T细胞可以起到免疫抑制作用,是维持机体免疫耐受的重要因素之一,即Treg。正是由于具有免疫活性抑制功能的Treg细胞的存在,使得癌症的免疫治疗不尽如人意[10]。最近,SDT联合免疫治疗被用于激活抗肿瘤免疫反应和抑制肿瘤生长。Zheng等[11]研究结果显示超声能够触发含叶酸受体靶向功能的超声响应纳米颗粒在小鼠模型体内的免疫应答反应,成熟树突细胞、CD3及CD8 T淋巴细胞及炎症标志物水平均显著上调。可见SDT能够正确激活肿瘤特异性T细胞,消除免疫抑制,为后续免疫治疗奠定基础。有研究将SDT和程序性死亡受体配体1抑制剂联合应用于乳腺癌肿瘤模型的治疗,二者联合作用可明显增强树突细胞活化,并促进促炎因子白细胞介素6与肿瘤坏死因子α的产生,同时,肿瘤体积与转移性肺结节数量明显降低,说明SDT联合免疫治疗可有效驱动机体抗肿瘤功能并抑制肿瘤转移[12]。Jeon等[13]成功研制了以化学荧光共振能量转移为基础的免疫刺激性纳米颗粒,该粒子在超声作用下能显著提高活性氧产率并可使介导免疫源性细胞死亡的CO微泡聚集于肿瘤微环境中,随后肿瘤细胞膜被大量破坏,损伤相关模式分子释放,在此背景下联用程序性死亡受体1抗体可使抗肿瘤免疫反应显著增强,其协同效应可显著抑制肿瘤生长与转移。综上,SDT不失为一种理想的免疫治疗协同治疗方案。

三、SDT联合光动力治疗

目前光动力治疗(photodynamics therapy,PDT)所面临的一大难点为治疗深度有限,与光较弱的组织穿透性相比,超声波能够在组织中达到更大的传输深度。因此,有学者指出联合使用SDT与PDT可为肿瘤治疗提供更多可能[14]。另外,在SDT联合PDT治疗中,可以使用同时具有光化学作用与声化学作用的敏化剂,这种方法既可以获得联合治疗效果,同时也降低敏化剂剂量、减少总能量沉积,从而减轻治疗副损伤[15]。Zhu等[16]采用链霉素亲和素-生物素相互作用和免疫连接法制备具有磷脂酰肌醇蛋白聚糖3靶向功能等姜黄素微泡,并进行体内、外抗肝癌作用研究,结果显示声-光动力治疗(sono-photo dynamics therapy,SPDT)实现了肝癌的高效、精准治疗,且SPDT抗癌效果显著优于单独使用SDT或PDT。Aksel等[17]对比研究二氧化钛介导的PDT、SDT、SPDT对前列腺癌的抗肿瘤效果,结果显示SPDT较其他2组可获得更强的肿瘤细胞杀伤效果。另有研究显示,携载FOXA1转录因子的阳离子卟啉微泡在超声造影的引导下,显著增加肿瘤区域卟啉和FOXA1的积聚,对雌激素受体阳性乳腺癌显示出良好的治疗效果,并实现了肿瘤治疗的实时监测[18]。由此可见,SPDT实现了对肿瘤细胞的强杀伤性、强靶向性与实时监测性。

四、SDT联合光热治疗

大量研究指出光热治疗能够增强SDT活性,其原因可能是光热效应可导致整个反应体系温度升高,使SDT敏化剂具有更高活性,能够产生更多活性氧杀灭肿瘤细胞。另一方面,激光照射下的肿瘤细胞内吞增加,更多的敏化剂进入细胞内,从而在细胞水平提高SDT效应。Li等[19]以TiC MXene纳米材料为声敏剂进行癌症的SDT联合光热治疗,其研究结果显示温和的光热效应能够促进细胞内吞作用,从而提高SDT疗效,另外,轻度光热效应增加局部血供,可显著缓解肿瘤微环境缺氧,进一步增加SDT成效。Kayani等[20]对黑色素瘤进行SDT联合光热治疗,发现光热治疗能够提供高温微环境,SDT可产生活性氧,二者具有协同作用,二者联用在治疗黑色素瘤方面具有显著优越性。Gao等[21]以二氧化钛涂层包裹2D金纳米片为敏化剂进行宫颈癌SDT联合光热治疗,结果显示光热治疗可显著提高SDT产生活性氧的效果,同时,该纳米结构表现出激光功率依赖性毒性,可诱导癌细胞凋亡,最终完全消除肿瘤。可见SDT联合光热治疗为癌症治疗提供了一个简单而有效的治疗方案,并为癌症基础研究的临床转化开辟了新道路。

五、结语

回顾近年来研究进展,SDT以其非侵入性、高组织穿透性在癌症治疗中取得重大进展,但由于生物体内肿瘤微环境的复杂性、可变性以及SDT的局限性,单一SDT治疗可能无法达到理想的治疗效果。为改善这种现状,许多治疗方法,如化疗、免疫治疗、PDT、光热治疗等被应用于与SDT的联合治疗中,并表现出优异的抗肿瘤性能。SDT与其他疗法结合在一定程度上可能产生协同效应,改善治疗结果。但目前SDT的抗肿瘤能力还局限于癌症原发灶,仍需大量研究SDT的潜在机制用于抑制肿瘤转移。另外,具有更高生物相容性、生物降解性、更好治疗效果的声敏剂也有待于研发。
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