癌症治疗的新思路——zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统助力科研人员发掘SPION在癌症治疗中的潜力
生物材料历经多年的创新迭代，依然处于热门的研究领域，尤其在治疗癌症等相关疾病方面都展示出了令人期待的潜力。作为生物材料的一类，超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)，已用于诸多科学研究，例如电离辐射的放大和治疗的靶向应用。本文介绍的这篇文章，就是研究SPION在作为放射增敏剂的应用价值。
该文章发表于纳米材料的优质期刊《Nanomaterials》最新一期（2023, 13, 330）。目前，超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPIONs)已被证明可应用于医疗领域以及其他科研领域，如基因治疗中siRNA的传递、化疗药物的靶向传递、通过磁热疗诱导癌细胞凋亡以及作为MRI造影剂。表面涂有(3-氨基丙基)-三乙氧基硅烷(SPIONAPTES)的SPIONs，由于其表面的游离氨基，提供了连接各种治疗药物和物质用于不同医疗应用的可能性。这些特性使其成为许多应用的主要候选，特别是在肿瘤治疗的新方法中，已经被研究用于化疗药物、生长抑制剂或抗体的靶向应用，如宫颈癌、淋巴瘤和卵巢癌。
在本研究中，作者利用德国zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统对不同细胞系的细胞进行长时程不间断的观察，得到了强有力的实验数据。
图1 zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统
• 利用zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统观察SPIONs对于细胞的影响
在本实验中，作者利用zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统观察细胞在加入SPIONs后的生长情况，并据此绘制生长曲线。在zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统下，作者看到纳米颗粒最初均匀分布在细胞中，但经过一段时间后，一些细胞逐渐形成了具有高纳米颗粒密度的细胞簇。大约24 h后，几乎所有细胞都含有SPIONs。不过在接下来的48小时内，作者进一步观察到细胞出现不同变化趋势:一些细胞积累了SPIONs，而另一些细胞几乎没有任何SPIONs。对于细胞增殖（图2，视频1）而在记录频率更高的长时程观察实验中，作者还观察到先前被细胞吸附的SPIONs在细胞分裂后在子细胞中分布并不是均一的，而呈现集中的情况。（图3）
图2 肿瘤细胞对SPIONs的吸附和吞噬。Cal33细胞是一种HPV阴性(HPV-)头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)细胞系，在加入不同浓度的纳米颗粒(0、5和20μg Fe/mL)后，细胞状态随时间(1,24,48和72 h)变化的代表性图像。
视频1: 肿瘤细胞对SPIONs的吸附和吞噬。在加入不同浓度的纳米颗粒(0、5，20μg和50μg Fe/mL)后，Cal33细胞状态随时间(1,24,48和72 h)变化的影像记录。
图3 利用zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统观察HNSCC细胞与SPIONs相互作用的时间行为。SPIONs作用于HSC-4细胞(HPV-HNSCC细胞系)10小时内细胞分裂的图像。黄色和绿色箭头指向被细胞摄取前的纳米颗粒聚集物。蓝色圆圈标记纳米颗粒含量高的子代细胞，红色圆圈标记 纳米粒子含量低的子代细胞。
在此基础上，作者通过测量生长曲线来检查SPIONs在不同的细胞类型上是否具有细胞抑制作用(图4)。结果表明，Cal33和RPMI 2650细胞的生长速率有明显差异。在所有辐射剂量下，SPIONs处理组与未处理组的RPMI 2650细胞无差异(p≥0.343)(图 4 a-c)。相比之下，Cal33细胞对SPIONs本身更敏感，特别是对辐射和SPIONs的组合。在孵育105 h后，相比SPIONs未处理组，细胞增加的数目显著减少(p<0.05)，同时细胞数量倍增所需时间也有显著差异(p<0.05)(图 4 d-f)。我们还对另外6个细胞系进行了0和2 Gy的辐射强度干预，并观察记录了生长曲线。总体而言，如果存在SPIONs, 6个细胞系中有4个细胞系的细胞数目倍增所需时间显著增加。然而，当纳米颗粒组和对照组均照射2gy剂量后，这种差异大多被逆转，只有BEAS-2B细胞株的细胞数目倍增时间仍有显著增加(图4 g-i)。
图4 zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统下生长曲线分析SPIONs在20μg Fe/mL时的细胞抑制作用。(a) RPMI 2650和(d) Cal33细胞在0-8 Gy下，加SPIONs和不加SPIONs的生长曲线均超过120 h;图中只显示了0、2和6 Gy的情况，虚线表示纳米颗粒群。(b)所有剂量的RPMI 2650细胞在90小时和(e) Cal33细胞在培养105小时后的细胞数目统计结果。(c) RPMI 2650和(f) Cal33细胞在0-8 Gy剂量照射后的细胞数量翻倍时间。(g)添加和不添加20μg Fe/mL SPIONs以及在0和2 Gy照射后120 h的细胞株(BEAS-2B)生长曲线结果。 (h)添加和不添加SPIONs剂量分别为0和2 Gy的BEAS-2B、CLS 354、Det 562、HSC-4、udscc -2和UM-SCC-47细胞株的细胞数目翻倍时间。(i) (h)不同组间的显著性;误差条表示标准偏差。*对照组与SPION组在各自辐射剂量下差异均为显著性，经Mann-Whitney u检验，p<0.05。
结合其他实验数据，结果表明SPIONs对于不同的细胞系有不同的影响，对于某些细胞系而言（如RPMI 2650），SPIONs处理与否，并不会对细胞产生明显的毒副作用，而且2Gy的辐射处理会逆转SPIONs对细胞的影响；对于某些细胞系（如BEAS-2B），辐射并不能完全逆转SPIONs导致的细胞增殖能力减弱的影响；而对于Cal33细胞，SPIONs所带来的细胞毒性会导致细胞增殖能力大大减弱。该结果说明虽然对于大多数实验中的细胞系而言，SPIONs的细胞毒性较弱，但不同的细胞系之间还是有明显差异。
因此，SPION-APTES本身并不是有效的放射增敏剂，该研究也说明了SPION-APTES对细胞的影响是有限的，具有良好的细胞相容性。而这种相容性在未来的研究或应用中也具有值得关注的优势，为未来进一步功能化SPIONs的研究奠定了重要基础。
德国InnoME公司自主研发和生产的zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，基于非标记、非侵入方法，原位记录细胞实时生长和定量的分析数据。zenCELL owl体积小巧，耐温耐湿，可在细胞培养箱内长时间连续工作；通过24个显微成像镜头，对24个视野进行连续的动态监测和图像获取。zenCELL owl为用户提供高质量图像、视频、统计学曲线和定量数据，实现细胞增殖／增殖抑制、细胞培养质控／培养优化、迁移／侵袭等诸多活细胞动态过程的监测。
环亚生物，生命科学产品全国性代理商，不断把国外顶级的创新产品引入中国。环亚生物具备完善的公司运营、产品管理、营销、售前技术支持和售后维修体系。环亚生物作为zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统大中华区独家代理商，负责zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统产品大中华区的营销和售后支持。
更多资讯请访问文献全文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653521004884?via%3Dihub
▼更多 zenCELL owl 详情，请联系我们▼
环亚生物科技有限公司
地址：上海市闵行区友东路358号闵欣大厦1号楼701/703/705室
电话：021-54583565
邮箱：info@apgbio.com
网址：www.apgbio.com
▼更多精彩内容，请扫码关注我们▼
