研究簡(jiǎn)介:結(jié)腸癌是全球第三大致死性惡性腫瘤，2022年有超過190萬新病例和90.4萬死亡病例。目前結(jié)腸癌的主要治療策略包括手術(shù)切除、放療、化療、靶向治療和免疫治療?；熕幬锶?-FU通常通過靜脈注射和口服給藥，但會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的全身副作用，尤其是對(duì)腸道的損害。因此開發(fā)一種能夠減少腸道毒性并增強(qiáng)化療效果的新策略具有重要意義。研究人員開發(fā)了一種新型的用于結(jié)腸癌治療的直腸栓劑——5-FU/CSN FAG，旨在通過局部協(xié)同氫化療實(shí)現(xiàn)高效低毒性的治療效果，基于H2的抗癌選擇性和正常細(xì)胞保護(hù)作用，提出了一種局部協(xié)同氫化療的新策略，以減輕副作用并提高治療效果，并通過脂肪酸甘油酯（FAG）封裝5-氟尿嘧啶（5-FU，結(jié)直腸癌治療的一線藥物）和硅化鈰納米顆粒（CSN）構(gòu)建直腸栓劑（5-FU/CSN FAG）的新型抗癌制劑具有持續(xù)水解作用H2釋放行為，與5-FU釋放同步。栓劑治療3周，每天一次，不僅可以完全根除栓劑停藥后結(jié)腸腫瘤無腫瘤復(fù)發(fā)，還可以有效保護(hù)腸道免受化療損傷。研究從機(jī)制上講，CSN產(chǎn)生的H2通過清除過表達(dá)的活性氧和糾正能量代謝來降低5-FU對(duì)腸道中正常細(xì)胞的毒性，還通過CO信號(hào)通路抑制結(jié)腸腫瘤細(xì)胞的呼吸，幫助5-FU促進(jìn)結(jié)腸腫瘤細(xì)胞凋亡。本研究開發(fā)的5-FU/CSN FAG栓劑為結(jié)腸癌的治療提供了一種新的策略，通過局部協(xié)同氫化療，不僅增強(qiáng)了化療效果，還顯著減少了藥物的副作用。這種栓劑具有高生物安全性和治療效果，具有很高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

Unisense微電極被用于監(jiān)測(cè)結(jié)腸腫瘤組織中氫氣（H2）的濃度變化。在給小鼠直腸給藥5-FU/CSN FAG栓劑后，使用氫氣微電極實(shí)時(shí)測(cè)量了小鼠結(jié)腸中H2的濃度變化。這一測(cè)量過程是在給藥后的不同時(shí)間點(diǎn)（0、1、2、6小時(shí)）進(jìn)行的，以評(píng)估栓劑中CSN釋放H2的行為及其在結(jié)腸中的生物利用度。Unisense微電極能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)結(jié)腸組織中H2的濃度變化?？稍u(píng)估栓劑中CSN的H2釋放行為，可以直接反映H2在體內(nèi)的生成和分布情況。還可實(shí)現(xiàn)在不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)量H2濃度，研究發(fā)現(xiàn)H2濃度在給藥后逐漸增加，并在6小時(shí)內(nèi)達(dá)到150μm的峰值。獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，CSN能夠在結(jié)腸中持續(xù)釋放H2，且釋放量足以輔助化療藥物5-FU發(fā)揮更好的治療效果。Unisense微電極的監(jiān)測(cè)H2濃氫氣濃度，還能夠評(píng)估栓劑的安全性，確認(rèn)H2在結(jié)腸中的濃度足以對(duì)化療藥物5-FU產(chǎn)生協(xié)同作用，從而增強(qiáng)抗癌效果并減輕副作用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

將卡波姆、CSN和5-FU封裝到FAG基質(zhì)中，成功制備了直腸栓劑系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了H2和5-FU的高劑量、同步和持續(xù)共釋放。栓劑的大規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制都很容易實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)成本也相對(duì)較低。根據(jù)原位結(jié)腸癌小鼠模型的治療效果和組織學(xué)評(píng)價(jià)，每日直腸給藥5-FU/CSN FAG栓劑可在停用栓劑給藥后3周內(nèi)徹底根除結(jié)腸腫瘤，且無復(fù)發(fā)。此外，CSN產(chǎn)生的H2抑制了5-FU對(duì)結(jié)腸組織的炎癥損傷。揭示了5-FU/CSN FAG栓劑氫化療治療療效增強(qiáng)和副作用減輕的機(jī)制?；谠鰪?qiáng)對(duì)結(jié)直腸癌的治療效果和顯著減少5-FU對(duì)正常結(jié)腸細(xì)胞/組織的毒副作用，將這種基于栓劑的氫化療轉(zhuǎn)化為人體臨床試驗(yàn)非常有前途。它應(yīng)該會(huì)給結(jié)腸癌患者帶來明顯的益處。證實(shí)了H2可以有效抑制炎癥性腸病引起的腹瀉。

圖1、直腸5-FU/CSN FAG栓劑介導(dǎo)的5-FU和H2在結(jié)腸中局部持續(xù)共釋放的示意圖，以及H2增強(qiáng)5-FU的抗癌功效和減輕5-FU對(duì)正常結(jié)腸細(xì)胞的副作用的機(jī)制。

圖2、CSN和5-FU/CSN FAG栓劑的表征。SEM圖像a）CSN，b）DLS測(cè)量的CSN尺寸分布，c）在25°C和37°C下加熱不同持續(xù)時(shí)間的5-FU/CSN FAG栓劑的數(shù)字圖像，以及d）5-FU/CSN FAG栓劑的熔解曲線，數(shù)字和e）在施用Cy5標(biāo)記的5-FU/CSN FAG栓劑不同持續(xù)時(shí)間后離體提取的腸道組織的熒光圖像，f）結(jié)腸道熒光強(qiáng)度的相應(yīng)定量分析。

圖3、CeSi2原料粉、300nm和50nm CSN的SEM圖像（a）及其在模擬結(jié)腸液中用氫微電極檢測(cè)的H2釋放行為（b）。

圖4、5-FU/CSN FAG栓劑的5-FU和H釋放行為。a）手b）5-FU/CSN FAG栓劑在37°C下在100 rpm搖動(dòng)下在模擬結(jié)腸液中的釋放行為（n=3），c）熒光成像監(jiān)測(cè)5FU-FITC/CSN FAG栓劑離體腸道內(nèi)分布和代謝，d）結(jié)腸中相應(yīng)的平均熒光強(qiáng)度（n=3），e）給予5-FU/CSN FAG栓劑后結(jié)腸和小腸中5-FU的濃度（n=3），f）施用5-FU/CSN FAG栓劑后0、1、2、6小時(shí)用氫電極微電極測(cè)量小鼠結(jié)腸內(nèi)的氫氣濃度。

圖5、聯(lián)合氫化療的抗癌療效增強(qiáng)和副作用減輕機(jī)制。測(cè)量5-FU體外細(xì)胞毒性的方法示意圖a）5-FU/CSN FAG栓劑釋放的H2，b）CSN與5-FU不同質(zhì)量比的5-FU/CSN FAG栓劑釋放的5-FU和H對(duì)NCM460細(xì)胞（n=5）和c）CT26細(xì)胞（n=5），d）降低5-FU對(duì)正常NCM460細(xì)胞的細(xì)胞毒性的擬議機(jī)制，e）不同處理下mtROS（紅色熒光）和Hoechst（藍(lán)色熒光）染色的NCM460細(xì)胞的共聚焦圖像，f）ROS水平的相應(yīng)定量分析（n=5），g）不同處理NCM460細(xì)胞中的ATP水平（n=5），h）H增強(qiáng)5-FU對(duì)結(jié)腸癌CT26細(xì)胞的細(xì)胞毒性的擬議機(jī)制，i）不同處理下COP-1（綠色熒光）和Hoechst（藍(lán)色熒光）染色的CT26細(xì)胞的共聚焦圖像，以及j）不同處理下CT26細(xì)胞中CO的相應(yīng)定量分析（n=5），以及k）ATP水平。

結(jié)論與展望

本研究開發(fā)了一種新型的用于結(jié)腸癌治療的直腸栓劑——5-FU/CSN FAG，旨在通過局部協(xié)同氫化療實(shí)現(xiàn)高效低毒性的治療效果。結(jié)腸癌是全球第三大致死性惡性腫瘤，傳統(tǒng)的化療藥物如5-氟尿嘧啶（5-FU）雖然有效，但常伴隨嚴(yán)重的全身副作用，尤其是對(duì)腸道的損害。提出了一種使用H2釋放納米材料/化療藥物共負(fù)載栓劑對(duì)結(jié)直腸腫瘤進(jìn)行局部協(xié)同氫化療的策略。開發(fā)的5-FU/CSN FAG栓劑為結(jié)腸癌的治療提供了一種新的策略，通過局部協(xié)同氫化療，不僅增強(qiáng)了化療效果，還顯著減少了藥物的副作用。這種栓劑具有高生物安全性和治療效果，具有很高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。5-FU/CSN FAG栓劑為結(jié)腸癌的治療提供了一種新的策略，通過局部協(xié)同氫化療，不僅增強(qiáng)了化療效果，還顯著減少了藥物的副作用。這種栓劑具有高生物安全性和治療效果，具有很高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。Unisense微電極用于監(jiān)測(cè)結(jié)腸腫瘤組織中氫氣（H2）的濃度變化，評(píng)估栓劑中CSN的H2釋放行為、H2的生物利用度、治療效果和安全性提供了直接證據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅支持了栓劑在結(jié)腸癌治療中的高效性和低毒性，還為臨床轉(zhuǎn)化提供了有力的科學(xué)依據(jù)。氫氣的藥理學(xué)定義尚不明確，其藥代動(dòng)力學(xué)難以監(jiān)測(cè)，這需要在未來的研究中解決。此外未來的研究還需要在特定動(dòng)物模型中驗(yàn)證氫氣對(duì)放化療藥物藥代動(dòng)力學(xué)和生物利用度的影響，以進(jìn)一步推動(dòng)該栓劑的臨床應(yīng)用。