第一作者：Shrey Sindhwani, Abdullah Muhammad Syed
將抗癌劑成功遞送至實體瘤對于其成功治療和診斷至關(guān)重要。眾所周知，對于工程納米材料，納米顆粒穿過腫瘤血管的中心法則是利用內(nèi)皮細胞之間的間隙（內(nèi)皮間隙），這些間隙是在血管生成過程中形成的。發(fā)現(xiàn)這些間隙的最大尺寸范圍為2,000 nm。工程師和科學(xué)家皆以此為依據(jù)設(shè)計小于該尺寸的顆粒，期望它們被動進入腫瘤并積累足夠的量。1986年，Jain和Maeda的研究小組獨立地證明了蛋白質(zhì)和染料可以在VX2腫瘤和S180腹水腫瘤模型中積累，從而確立了納米顆粒給藥的原理。1998年，Jain的研究小組將這種工程材料在腫瘤中積累的增加歸因于內(nèi)皮細胞之間的間隙。證明這一點是通過將不同大小的脂質(zhì)體注射到小鼠腫瘤模型中以確定累積的大小范圍，并使用透射電子顯微鏡觀察一些間隙得到的。這些大的可滲透間隙的存在的報道，以及合成和調(diào)整納米顆粒尺寸和形狀的方法的發(fā)展，推動了癌癥納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域長達三十年。但是，經(jīng)過30年有限的臨床轉(zhuǎn)化，該領(lǐng)域再次質(zhì)疑這些機制。有鑒于此，加拿大多倫多大學(xué)Warren C. W. Chan等人探討了納米顆粒腫瘤滲透的現(xiàn)象，并質(zhì)疑了納米顆粒進入實體瘤的機制。該課題組發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮間隙并不是納米顆粒進入實體腫瘤的原因。取而代之的是，發(fā)現(xiàn)多達97％的納米顆粒是通過內(nèi)皮細胞的主動過程進入腫瘤的。當前的范例是泄漏的血管具有間隙以允許納米顆粒進入腫瘤。研究人員首先研究了腫瘤血管間隙的頻率。通過TEM分析，在U87-MG腫瘤血管切片中觀察到總共有21個間隙。還研究了不同的腫瘤模型（4T1乳腺癌，MMTV-PyMT乳腺癌，PDX乳腺癌（患者）），在所有類型的腫瘤中，間隙的發(fā)生頻率都很低，有313條血管中，只發(fā)現(xiàn)了26條間隙，而且只有7個是內(nèi)皮間間隙，而其余19個是跨細胞通道。另外，還使用三維顯微鏡對大體積的脈管系統(tǒng)進行評估，同樣證實了其間隙很少。然而，通過數(shù)學(xué)模型和ICP-MS進行對比，發(fā)現(xiàn)腫瘤的間隙比所觀察到的納米粒子積累所需的間隙要少60倍。由于TEM分析和模擬實驗表明，腫瘤血管大部分是連續(xù)的并且沒有足夠的間隙來解釋納米顆粒腫瘤的聚集，因此研究了納米顆粒外滲的其他機制。要點2：納米顆粒可以通過跨內(nèi)皮途徑進入腫瘤接下來，研究人員探索了納米顆粒外滲的跨內(nèi)皮途徑。轉(zhuǎn)胞吞作用是一種代謝活躍的過程，需要內(nèi)皮細胞重新排列其細胞骨架和細胞膜。這包括形成可以吸收納米顆粒的囊泡、形成隔膜或通過細胞質(zhì)運輸。研究人員再次通過TEM和三維顯微鏡分析跨內(nèi)皮途徑。分析得出兩個結(jié)論：(1) 間隙很少沿著腫瘤血管出現(xiàn)。(2)納米顆粒可以通過跨內(nèi)皮途徑利用主動轉(zhuǎn)運進入實體瘤。由此產(chǎn)生疑問：究竟是哪種機制（間隙的被動轉(zhuǎn)運，還是跨內(nèi)皮途徑的主動轉(zhuǎn)運）是進入腫瘤的主要方式？要點3. 跨內(nèi)皮途徑是納米顆粒滲入腫瘤的主要機制為了探索哪種機制為主導(dǎo)地位，研究人員通過開發(fā)一個稱為Zombie的模型，保留了小鼠的血管結(jié)構(gòu)。該模型通過抑制跨內(nèi)皮主動轉(zhuǎn)運過程而保留間隙被動轉(zhuǎn)運，從而探索何者為主導(dǎo)機制。模型通過以下結(jié)果進行了驗證：（1）在肌肉和皮膚等組織中未產(chǎn)生新的間隙；（2）腎間隙保持其大小；（3）肝竇內(nèi)皮細胞間隙保持開放狀態(tài)，可進行納米顆粒積累。研究人員通過使用ICP-MS、TEM和三維成像在活體和Zombie模型中，對納米顆粒腫瘤累積進行探究。結(jié)果表明：活體對照組的腫瘤比間隙組的要高，只有少部分納米粒子是通過間隙被動輸送到腫瘤部位，僅占3-25%（有大小依賴性）。因此，納米顆粒進入的主要機制是跨內(nèi)皮。研究人員對外滲的納米粒子的位置與主動跨內(nèi)皮或被動間隙為基礎(chǔ)的運輸途徑之間的相關(guān)性進行測試。通過測量滲出的納米顆粒的數(shù)量和血管特征（緊密連接、膜孔、囊泡與內(nèi)皮間隙和跨細胞通道），發(fā)現(xiàn)：外滲的AuNPs與緊密連接的相關(guān)性最強，該區(qū)域是管腔的最薄部分，這可能允許通過形成囊泡和膜孔的內(nèi)陷進行運輸。而納米顆粒外滲與任何類型的間隙均不顯著相關(guān)。因此，該實驗結(jié)果也支持跨內(nèi)皮途徑作為納米顆粒滲入腫瘤的主要途徑。另外，研究人員還使用活體顯微鏡觀察了納米顆粒外滲的動態(tài)過程。觀察到納米與內(nèi)皮細胞之間共定位的信號點，研究人員將其歸因于在內(nèi)皮細胞附近發(fā)生的胞吞作用的滲透的不同階段，如攝取，囊泡定位和進入腫瘤間質(zhì)。要點4：癌癥患者的腫瘤血管中也很少出現(xiàn)間隙綜上所述，研究人員發(fā)現(xiàn)納米顆粒運輸?shù)闹饕獧C制是一個主動過程，而不是被動過程。這些結(jié)果挑戰(zhàn)了我們目前開發(fā)癌癥納米藥物的理論基礎(chǔ)，表明了解這些主動的途徑將開啟增強腫瘤積聚的策略。這可能會導(dǎo)致辯論、討論和研究，其目的應(yīng)在于完善和操縱特定的主動運輸機制。（1）需要確定驅(qū)動納米顆粒向?qū)嶓w瘤運輸?shù)姆肿訖C制；（2）需要了解表面吸附蛋白在納米顆粒與腫瘤內(nèi)皮細胞相互作用中的作用;（3）可以設(shè)計策略來操縱腫瘤內(nèi)皮以增強納米顆粒的跨內(nèi)皮運輸；（4）需要闡明不同的腫瘤血管類型和不同的跨內(nèi)皮途徑相對于不同的納米顆粒大小、形狀和表面化學(xué)在外滲中的作用；（5）還需要了解免疫細胞和其他產(chǎn)生瞬時滲透性的細胞的作用。這些研究將填補我們對納米顆粒進入腫瘤的理解中的空白，并能夠制定策略來克服癌癥納米藥物臨床轉(zhuǎn)化的不足。Sindhwani, S., Syed, A.M., Ngai, J. et al. The entry of nanoparticles into solid tumours. Nat. Mater. (2020)doi:10.1038/s41563-019-0566-2https://doi.org/10.1038/s41563-019-0566-2
