131I-маркированные анти-VEGFR2 наночастицы мезопористого кремнезема показывают сильную противоопухолевую активность в модели анапластического рака щитовидной железы у мышей

Аннотация

Анапластический рак щитовидной железы (АРЩ) — редкое, но крайне агрессивное новообразование со средней продолжительностью жизни менее шести месяцев из-за устойчивости к стандартной терапии. Мы разработали наночастицы мезопористого кремнезема (МПК), функционализированные сывороточным альбумином говядины (BSA) и антителом к VEGFR2, а затем радиомаркировали их йодом-131 (¹³¹I). In vitro и in vivo эксперименты продемонстрировали улучшенную таргетированную доставку, удержание в опухоли и превосходную терапевтическую эффективность в ксенограммах АРЩ, полученных из клеток FRO. По сравнению с свободным ¹³¹I или нетаргеттированными МПК, наночастицы с анти-VEGFR2 обеспечивали более высокую радиоактивность в опухоли (32,2 ± 2,8 % ID/g через 24 ч) и значительное увеличение медианного выживания (41 день против 25 дней). Результаты подтверждают потенциал таргеттированных радиомаркированных МПК как нового малоинвазивного подхода к лечению АРЩ.

Введение

АРЩ составляет ~2 % случаев рака щитовидной железы, но отвечает за большинство смертей из-за быстрого инвазивного роста и ранних метастазов. Радиоиодная терапия неэффективна, так как клетки АРЩ теряют способность захватывать йод. Ангиогенез, управляемый сигнальным путем VEGF/VEGFR2, поддерживает рост опухоли, делая VEGFR2 привлекательной мишенью. МПК обладают высокой грузоподъемностью, биосовместимостью и удобной поверхностной модификацией, что делает их идеальными носителями для тераностики (совместной диагностики и терапии).

Материалы и методы

Синтез наночастиц

МПК получены CTAB-шаблонным сол-гелевым методом: равномерные сферы ~108 нм. Аминирование APTES дало МПК-NH₂, далее конъюгация с BSA и анти-VEGFR2 через EDC/NHS хемю дала BSA-МПК-анти-VEGFR2. Радиомаркировка ¹³¹I методом хлорамина-T обеспечила эффективность 50–75 %.

Характеризация

ТЭМ подтвердило сферическую морфологию; ДЛС показало рост размера до 163 нм после функционализации. дзета-потенциал сменился с −23 мВ на +28 мВ, подтверждая конъюгацию. BET-анализ: удельная площадь 630 м²/г, диаметр пор 2,8 нм.

In vitro поглощение

Клетки FRO инкубировали с FITC-маркированными наночастицами. Конфокальная микроскопия показала активную внутренлизацию: анти-VEGFR2 частицы давали ярче флуоресценцию в 1 и 6 ч по сравнению с нетаргеттированными контрольными.

In vivo исследования

Самки голых мышей BALB/c с подкожными ксенограммами FRO получали внутриопухолевые инъекции 7,4 МБк ¹³¹I-BSA-МПК-анти-VEGFR2, ¹³¹I-BSA-МПК или свободного ¹³¹I. Мониторили рост опухоли, массу тела и выживание каждые 3 дня. SPECT/КТ и гамма-спектрометрия проводили в 24, 72 ч и до 21 дня.

Гистопатология

Постмортемное H&E и иммуногистохимия оценили некроз и экспрессию VEGFR; органы проверяли на токсичность.

Результаты

Свойства наночастиц

МПК сохранили равномерную морфологию; модификации увеличили размер до 163 нм и инвертировали дзета-потенциал до +28 мВ. BET подтвердило мезопористую структуру. Наночастицы стабильны неделями без агрегации.

Таргетирование и поглощение

Конфокальная визуализация: анти-VEGFR2 частицы показывают более сильную зеленую флуоресценцию, подтверждая усиленное связывание. Время-зависимая радиоактивность: пик поглощения в 3 ч (BSA-МПК) и 5 ч (BSA-МПК-анти-VEGFR2), при этом последние давали более высокие абсолютные значения.

Биодистрибуция

Через 24 ч радиоактивность в опухоли: 32,2 % ID/g (таргеттированные) против 26,1 % (нетаргеттированные). Через 72 ч: 23,0 % и 12,3 % соответственно, оба значительно выше свободного ¹³¹I (11,6 % и 2,1 % ID/g).

In vivo визуализация

SPECT/КТ: таргеттированные наночастицы сохраняли радиоактивность в опухоли до 3 недель, тогда как свободный ¹³¹I выводился к 3 дню.

Терапевтическая эффективность

Объемы опухолей в таргеттированной группе стабилизировались и регрессировали после 9-го дня, в то время как в контрольных группах рост продолжался. Медианное выживание: таргеттированные 41 день, нетаргеттированные 34 дня, свободный ¹³¹I 25 дней, физраствор 27 дней (P < 0,01).

Профиль безопасности

H&E сердца, печени, легких и почек без патологических изменений. Опухоли, обработанные таргеттированными наночастицами, демонстрировали обширный некроз и снижение плотности живых клеток.

Обсуждение

Таргетирование VEGFR2 радиомаркированными МПК существенно улучшает удержание в опухоли и терапевтический индекс при АРЩ, превосходя традиционную радиоиодную терапию. Двойная возможность визуализации и лечения (тераностика) позволяет мониторить биодистрибуцию в реальном времени. Отсутствие системной токсичности указывает на благоприятный профиль безопасности для клинического перевода. Дальнейшие работы будут направлены на внутривенное введение и загрузку противоопухолевых препаратов.

Заключение

Мы успешно создали BSA-МПК-анти-VEGFR2, радиомаркированные ¹³¹I, с высоким таргетированием, длительным удержанием и выраженной противоопухолевой активностью в ксенограммах АРЩ, обеспечивающими продленное выживание без системной токсичности. Платформа представляет перспективную стратегию для лечения агрессивных раков щитовидной железы.

Аббревиатуры

• APTES — амино-пропилтриэтоксисилан
• АРЩ — анапластический рак щитовидной железы
• BSA — сывороточный альбумин говядины
• CLSM — конфокальная лазерная сканирующая микроскопия
• CTAB — гексадецилтриметиламмоний бромид
• DAPI — 4,6-диамидино-2-фенилиндол
• ДЛС — динамическое рассеяние света
• DMEM — среда Дюльбеко модифицированная Eagle
• DMSO — диметилсульфоксид
• EDC — 1-(3-диметиламино-пропил)-3-этилкарбодиимид гидрохлорид
• FBS — фетальная говяжья сыворотка
• FITC — флуоресцеин изотиоцианат
• HBSS — сбалансированный раствор Хэнкса
• МПК — мезопористые наночастицы кремнезема
• NHS — N-гидроксискцинимайд
• PBS — фосфатный буферный раствор
• ТЭМ — передаточная электронная микроскопия
• TEOS — тетраэтил ортосиликат
• VEGFR — рецептор фактора роста эндотелия сосудов