多層核鞘纖維膜在腦腫瘤局部治療中的控釋作用

DOI：10.1038/s41598-019-54283-y

間質化學療法通過增強藥物在腫瘤中的生物分布并避免全身毒性，在多形性膠質母細胞瘤（GBM）的治療中起著關鍵作用。因此，使用延長細胞毒性劑釋放的新的聚合物結構可以增加存活率并防止復發。在活體腦腫瘤模型中評估了負載有卡莫司汀（BCNU）的新型核鞘纖維。由同軸電紡纖維膜形成三維盤，并測定其體外BCNU釋放動力學。在顱內植入9L膠質肉瘤的同時或術后5天后，評估植入由壓縮的核鞘纖維（納米網）制成的圓盤后的體內存活率。納米網和9L膠質肉瘤的共同植入導致統計學上顯著的長期存活（＞150天）。空對照納米網確認了這些新型植入物的安全性。同樣，第5天的研究顯示了顯著的中位、總體和長期生存率，表明腫瘤生長的最佳控制，符合組織學和免疫組化分析。可生物降解的納米網植入物進行的局部化療是治療腦腫瘤的新的治療范例。具有同軸芯鞘結構的藥物遞送得益于高載藥量、可控的長期釋放動力學和緩慢的聚合物降解。這是目前治療多形性膠質母細胞瘤的一個可喜的進展。

圖1.烷基化劑BCNU對腫瘤細胞作用機制的說明。

圖2.（a）固體膜和（c）多層纖維膜晶片的藥物釋放比較，以及（b）固體膜和（d）多層纖維膜隨時間的相應示例性釋放動力學。

圖3. 納米網的SEM圖像：（a）不含核材料的對照樣品；（b）薄鞘BCNU包封的纖維（UC-1，36層）；（c）厚鞘BCNU包封的纖維（UC-2，18層）。納米網（UC-1）的照片（d）俯視圖和（e）斜視圖。

圖4.試驗1中納米網圓盤的藥物釋放曲線：UC-1（藍色），36層BCNU/pCPP-SA核和PCL鞘；UC-2（綠色）18層BCNU/pCPP SA核和PCL鞘；對照（紅色），無核和PCL鞘。（n=3）詳細成分見表1。

圖5.在160天的時間（n = 3）內，靜電紡細纖維膜（藍色）和納米網圓盤（紅色）的藥物釋放曲線比較。

圖6.顱內植入納米網顯著延長9L顱內膠質肉瘤的生存期：（a）試驗1，第0天植入，植入UC-1和UC-2納米網分別導致86%和100% LTS；（b）試驗2，第5天植入，觀察到UC-1和UC-2治療組的中位生存期分別顯著增加36和37天，（p<0.0001 與對照組相比）；（c）試驗3，第5天植入，證實UC-1治療的動物的中位生存率顯著增長了50% LTS（p<0.0001 與對照組相比）。

圖7.試驗1組織學（第0天治療）。冠狀腦切片（頂排，2.5×）顯示，（a）未經治療的對照（CTR）大鼠體內存在大體腫瘤（*），而（b）UC-1和（c）UC-2納米網治療的大鼠體內的聚合物殘留（φ）沒有大體腫瘤的跡象。高倍放大（20倍）圖像（下一行）顯示在（d）對照腦邊緣有一些浸潤的高細胞腫瘤，在（e）UC-1和（f）UC-2治療腦中有少量反應細胞（箭頭）。對照組大鼠在第10天死于9L膠質肉瘤，而治療組大鼠是健康的長期存活動物，在第150天犧牲以進行組織學分析。

圖8.試驗2免疫組織化學（第5天治療）。于第12、43和30天因9L膠質肉瘤自然死亡的未治療對照組（CTR）（頂排）、UC-1（中排）和UC-2治療大鼠（底排）腦組織樣本的IHC染色。對于每對圖像，LEF是2.5倍放大的腫瘤和健康組織之間的邊緣區域，右邊是20倍放大接近腫瘤邊緣的健康組織（一般位置在2.5×照片中用方框顯示）。與對照組相比，抗NeuN（a）和抗GFAP（b）染色顯示，治療組大腦中來自健康神經元和星形膠質細胞的信號沒有明顯下降。星形膠質細胞和神經元的圖像是從海馬和皮層區域獲得的，這些區域與圓晶植入物附近的腫瘤邊緣相鄰。

圖9.實驗2樣品植入后納米網圓盤的掃描電鏡圖像：（a）植入后18天的“無核”；b）植入后12天的“無藥”；c）植入后32天的UC-1；d）植入后34天的UC-2；插圖是相應圓盤的圖像。