生物材料歷經(jīng)多年的創(chuàng)新迭代，依然處于熱門的研究領(lǐng)域，尤其在治療癌癥等相關(guān)疾病方面都展示出了令人期待的潛力。作為生物材料的一類，超順磁性氧化鐵納米顆粒(SPION)，已用于諸多科學研究，例如電離輻射的放大和治療的靶向應(yīng)用。本文介紹的這篇文章，就是研究SPION在作為放射增敏劑的應(yīng)用價值。
 

該文章發(fā)表于納米材料的優(yōu)質(zhì)期刊《Nanomaterials》最新一期（2023, 13, 330）。目前，超順磁性氧化鐵納米顆粒(SPIONs)已被證明可應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域以及其他科研領(lǐng)域，如基因治療中siRNA的傳遞、化療藥物的靶向傳遞、通過磁熱療誘導癌細胞凋亡以及作為MRI造影劑。表面涂有(3-氨基丙基)-三乙氧基硅烷(SPIONAPTES)的SPIONs，由于其表面的游離氨基，提供了連接各種治療藥物和物質(zhì)用于不同醫(yī)療應(yīng)用的可能性。這些特性使其成為許多應(yīng)用的主要候選，特別是在腫瘤治療的新方法中，已經(jīng)被研究用于化療藥物、生長抑制劑或抗體的靶向應(yīng)用，如宮頸癌、淋巴瘤和卵巢癌。

在本研究中，作者利用德國zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)對不同細胞系的細胞進行長時程不間斷的觀察，得到了強有力的實驗數(shù)據(jù)。
 

圖1 zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)

 

在本實驗中，作者利用zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)觀察細胞在加入SPIONs后的生長情況，并據(jù)此繪制生長曲線。在zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)下，作者看到納米顆粒最初均勻分布在細胞中，但經(jīng)過一段時間后，一些細胞逐漸形成了具有高納米顆粒密度的細胞簇。大約24 h后，幾乎所有細胞都含有SPIONs。不過在接下來的48小時內(nèi)，作者進一步觀察到細胞出現(xiàn)不同變化趨勢:一些細胞積累了SPIONs，而另一些細胞幾乎沒有任何SPIONs。對于細胞增殖（圖2，視頻1）而在記錄頻率更高的長時程觀察實驗中，作者還觀察到先前被細胞吸附的SPIONs在細胞分裂后在子細胞中分布并不是均一的，而呈現(xiàn)集中的情況。（圖3）
 

圖2 腫瘤細胞對SPIONs的吸附和吞噬。Cal33細胞是一種HPV陰性(HPV-)頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)細胞系，在加入不同濃度的納米顆粒(0、5和20μg Fe/mL)后，細胞狀態(tài)隨時間(1,24,48和72 h)變化的代表性圖像。

視頻1: 腫瘤細胞對SPIONs的吸附和吞噬。在加入不同濃度的納米顆粒(0、5，20μg和50μg Fe/mL)后，Cal33細胞狀態(tài)隨時間(1,24,48和72 h)變化的影像記錄。

圖3 利用zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)觀察HNSCC細胞與SPIONs相互作用的時間行為。SPIONs作用于HSC-4細胞(HPV-HNSCC細胞系)10小時內(nèi)細胞分裂的圖像。黃色和綠色箭頭指向被細胞攝取前的納米顆粒聚集物。藍色圓圈標記納米顆粒含量高的子代細胞，紅色圓圈標記 納米粒子含量低的子代細胞。

在此基礎(chǔ)上，作者通過測量生長曲線來檢查SPIONs在不同的細胞類型上是否具有細胞抑制作用(圖4)。結(jié)果表明，Cal33和RPMI 2650細胞的生長速率有明顯差異。在所有輻射劑量下，SPIONs處理組與未處理組的RPMI 2650細胞無差異(p≥0.343)(圖 4 a-c)。相比之下，Cal33細胞對SPIONs本身更敏感，特別是對輻射和SPIONs的組合。在孵育105 h后，相比SPIONs未處理組，細胞增加的數(shù)目顯著減少(p<0.05)，同時細胞數(shù)量倍增所需時間也有顯著差異(p<0.05)(圖 4 d-f)。我們還對另外6個細胞系進行了0和2 Gy的輻射強度干預(yù)，并觀察記錄了生長曲線�？傮w而言，如果存在SPIONs, 6個細胞系中有4個細胞系的細胞數(shù)目倍增所需時間顯著增加。然而，當納米顆粒組和對照組均照射2gy劑量后，這種差異大多被逆轉(zhuǎn)，只有BEAS-2B細胞株的細胞數(shù)目倍增時間仍有顯著增加(圖4 g-i)。

圖4 zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)下生長曲線分析SPIONs在20μg Fe/mL時的細胞抑制作用。(a) RPMI 2650和(d) Cal33細胞在0-8 Gy下，加SPIONs和不加SPIONs的生長曲線均超過120 h;圖中只顯示了0、2和6 Gy的情況，虛線表示納米顆粒群。(b)所有劑量的RPMI 2650細胞在90小時和(e) Cal33細胞在培養(yǎng)105小時后的細胞數(shù)目統(tǒng)計結(jié)果。(c) RPMI 2650和(f) Cal33細胞在0-8 Gy劑量照射后的細胞數(shù)量翻倍時間。(g)添加和不添加20μg Fe/mL SPIONs以及在0和2 Gy照射后120 h的細胞株(BEAS-2B)生長曲線結(jié)果。 (h)添加和不添加SPIONs劑量分別為0和2 Gy的BEAS-2B、CLS 354、Det 562、HSC-4、udscc -2和UM-SCC-47細胞株的細胞數(shù)目翻倍時間。(i) (h)不同組間的顯著性;誤差條表示標準偏差。*對照組與SPION組在各自輻射劑量下差異均為顯著性，經(jīng)Mann-Whitney u檢驗，p<0.05。

結(jié)合其他實驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明SPIONs對于不同的細胞系有不同的影響，對于某些細胞系而言（如RPMI 2650），SPIONs處理與否，并不會對細胞產(chǎn)生明顯的毒副作用，而且2Gy的輻射處理會逆轉(zhuǎn)SPIONs對細胞的影響；對于某些細胞系（如BEAS-2B），輻射并不能完全逆轉(zhuǎn)SPIONs導致的細胞增殖能力減弱的影響；而對于Cal33細胞，SPIONs所帶來的細胞毒性會導致細胞增殖能力大大減弱。該結(jié)果說明雖然對于大多數(shù)實驗中的細胞系而言，SPIONs的細胞毒性較弱，但不同的細胞系之間還是有明顯差異。

因此，SPION-APTES本身并不是有效的放射增敏劑，該研究也說明了SPION-APTES對細胞的影響是有限的，具有良好的細胞相容性。而這種相容性在未來的研究或應(yīng)用中也具有值得關(guān)注的優(yōu)勢，為未來進一步功能化SPIONs的研究奠定了重要基礎(chǔ)。

德國InnoME公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)，基于非標記、非侵入方法，原位記錄細胞實時生長和定量的分析數(shù)據(jù)。zenCELL owl體積小巧，耐溫耐濕，可在細胞培養(yǎng)箱內(nèi)長時間連續(xù)工作；通過24個顯微成像鏡頭，對24個視野進行連續(xù)的動態(tài)監(jiān)測和圖像獲取。zenCELL owl為用戶提供高質(zhì)量圖像、視頻、統(tǒng)計學曲線和定量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)細胞增殖／增殖抑制、細胞培養(yǎng)質(zhì)控／培養(yǎng)優(yōu)化、遷移／侵襲等諸多活細胞動態(tài)過程的監(jiān)測。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653521004884?via%3Dihub

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