手术彻底清除癌细胞不再艰难 生物“颜料”使肿瘤无所遁形
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目前,在手术治疗癌症的过程中,医师常无法准确分辨肿瘤边缘的癌组织与正常组织,因此很难切除所有肿瘤细胞。近期,美国西雅图Fred Huchinson癌症研究中心和西雅图儿童医院的研究人员将一种从蝎毒液中提取的物质氯毒素(chlorotoxin,CTX)与荧光分子Cy5.5结合,研发出一种肿瘤“颜料(paint)”——生物共轭物质(CTX:Cy5.5)。其可显示癌细胞,帮助医师在手术中区分癌组织与正常组织,使手术能够更彻底地清除癌细胞,而不损害正常组织。(Cancer Res 2007,67:6882)
CTX:Cy5.5的由来
对于多种癌症而言,准确地手术切除直接关系到患者的预后。但是,由于当前手术中肿瘤边缘和小部分癌细胞的定位方法欠佳,以至许多时候是依靠手术医师的经验做出判断的。近年来,不断有科学家发现,有的分子偏向于在癌细胞中表达,蝎毒素来源的氯毒素就是其中的一种。
Cy5.5是一个荧光分子信标,可在近红外光谱中发射光子。由于此波长的光子更易被水或血红蛋白吸收,因此,Cy5.5适宜在人体中应用,作为手术中的发光标记物。
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研究者将蝎氯毒素与Cy5.5结合,开发出生物共轭物CTX:Cy5.5。将其注射入癌细胞之后的数分钟内,它就可发出近红外荧光信号,以使肿瘤在红外光照射下显现出来,但正常组织则不发光。
CTX:Cy5.5显示肿瘤更准确
研究者随后验证了CTX:Cy5.5显示不同种类肿瘤的能力,发现该物质在神经胶质瘤、成神经管细胞瘤、前列腺癌、肠癌和肉瘤中都能准确显示肿瘤形态。
研究者在9 L神经胶质瘤细胞中注入该物质,在近红外光谱中可以发出荧光信号,而其在正常组织中则检测不到该信号(图1)。研究人员给小鼠注射0.1 ml 浓度为20 μm/L的CTX:Cy5.5,直至注射后的第14天,其发射的荧光信号依然可以显著区分正常组织和神经胶质瘤异种移植物(xenograft)。该物质甚至可以在小鼠中显示出直径小至1 μm的脑瘤,而在肿瘤周围正常的脑组织中则不会发光。在患成神经管细胞瘤的小鼠中,CTX:Cy5.5发出的近红外荧光可以反映出肿瘤的大小(图2a)。经组织学分析证实,这些散发荧光信号的组织确实为肿瘤(图2 b)。
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在前列腺癌小鼠模型中,该物质可以检测出小鼠淋巴管内游离的200个癌细胞,显示出了更高的敏感性。只有当癌细胞的数目超过100万个时,磁共振成像(MRI)才能检测出肿瘤。因此,CTX:Cy5.5的敏感性比MRI提高了500多倍。CTX:Cy5.5不仅在原发性的前列腺癌中发光,还在发生肺转移的癌细胞中发光。此外,CTX:Cy5.5可以准确显示转基因小鼠所患的家族性腺瘤性息肉(FAP)。
CTX:Cy5.5安全性得到证实
蝎毒素有选择性毒性,尤其是对某些昆虫或高等生物。CTX可以导致小龙虾瘫痪,但尚没有文献报告其对哺乳动物有毒性。在该研究中,并未观察到小鼠注射CTX:Cy5.5后与对照小鼠之间有任何差异。
研究者在小鼠注射CTX:Cy5.5的2周后进行尸检发现,小鼠的脑、心脏、肺、肾、肝、脾和皮肤的观察和组织学检测结果都与对照小鼠没有差异。实验室检查发现,注射CTX:Cy5.5的小鼠与对照相比,红细胞压积、血小板计数、白细胞计数、电解质、肝肾功能等均没有改变。研究者据此认为,研究中可产生视觉区别的CTX:Cy5.5浓度对小鼠没有毒性。
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CTX:Cy5.5的应用前景
与目前的方法相比,用CTX:Cy5.5显示肿瘤有多方面优势,可能用于指导手术进行。该物质可以使医师看到肿瘤组织的实时图像,研究者认为,这对于指导脑部肿瘤切除手术尤其有意义。因为,脑部恶性肿瘤80%出现在手术切口边缘,所以,这样一种能敏感地显示肿瘤的方法不仅可以保证手术医师更彻底地清除癌细胞,还能最大限度地避免切除正常的脑组织。
此外,CTX:Cy5.5注射入小鼠后数个小时就开始发出荧光信号,一直可以持续到2周,而其他成像染色在数分钟内就消失了。
即便只有几百个癌细胞,CTX:Cy5.5也可以将其显示出来。由于该方法的敏感性很高,因此,CTX:Cy5.5还可作为早期筛查皮肤癌、宫颈癌、食管癌、结肠癌和肺癌的无创方法,还可以用于定位阳性淋巴结,从而促进乳腺癌、前列腺癌和睾丸癌的早期发现。
, 百拇医药 CTX:Cy5.5的有效性和安全性已经在动物实验和先导研究中得到证实,研究者准备经过进一步毒性试验研究后向美国FDA申请开展临床试验。他们乐观地估计,CTX:Cy5.5可能在18个月内出现在手术室。(阿信)
图1 CTX:Cy5.5使神经胶质瘤细胞发光
左图显示CTX:Cy5.5使神经胶质瘤细胞发出荧光信号;右图显示CTX:Cy5.5在正常细胞中信号微弱
图2 CTX:Cy5.5可检出成神经管细胞瘤
2a表明CTX:Cy5.5显示小鼠头部成神经管细胞瘤;2b表明组织学检测结果证实该部位确有成神经管细胞瘤, 百拇医药