IR-780對耐藥性胃癌細胞的光熱療干預效果研究

【摘 要】目的：研究光熱轉換劑IR-780對于耐藥性胃癌細胞的光熱療干預效果。方法：首先利用CCK-8法檢測IR-780對人胃癌細胞系SGC-7901及其多藥耐藥株SGC-7901 ADR的毒性，再通過細胞抑制實驗檢測在不同濃度和照射強度下，IR-780對于兩種細胞的光熱干預效果，以確定IR-780對兩種細胞的增殖具有抑制能力。結果：IR-780本身對SGC-7901細胞及其多藥耐藥株沒有顯著的細胞毒性。而通過IR-780所實施的光熱干預可對SGC-7901及其多藥耐藥株產生非常強的抑制作用，抑制效果與IR-780濃度及光照強度皆有明顯的量效關系，其結果在兩種細胞上沒有顯著性差異。表明IR-780所產生的光熱治療作用可有效干預胃癌細胞。結論：IR-780可有效抑制人胃癌細胞SGC-7901及其多藥耐藥株的增殖。可為耐藥性胃癌的臨床治療提供實驗依據。

【關鍵詞】耐藥性胃癌;光熱療;IR-780

1 研究背景

胃癌是我國高發(fā)癌癥之一，死亡率非常高，因難以早期診斷，多數患者發(fā)現時已至中晚期，導致其預后較差。化療是其治療手段之一，然而多藥耐藥性（multidrug resistant， MDR）是造成腫瘤化療的重要原因。亟需開發(fā)新的胃癌治療方法[1]。光熱療是近年來興起的一種新型腫瘤治療方法，其通過光熱轉化劑吸收近紅外光產生熱能，從而起到快速治療腫瘤的效果。這種新型療法因其微創(chuàng)性和高效性而受到廣泛的關注[2]。此外，由于光熱療是通過物理手段來實現腫瘤治療的，因此對于多藥耐藥性腫瘤的治療，不存在敏感性降低而產生耐受性的問題。可有效用于化療效果降低甚至失失效的病人。具有非常好的應用前景。

光熱轉化劑是光熱療的核心。目前這方面的研究主要集中在納米金、納米銀及金屬硫化物等無機納米材料上，這些材料因其表面具有的等離子體共振效應，能吸收紅外線產生熱量。然而無機材料在體內應用方面存在較大障礙，導致其無法有效的推廣[3]。有機小分子光熱轉化劑較之與無機材料具有生物相容性好，體內可降解及毒副作用小等優(yōu)勢，適于進行臨床開發(fā)。其中花菁素類染料因其光吸收性強，毒性低，易于制備等優(yōu)勢引起了多方關注。IR-780是一種脂溶性的陽離子花青素染料，因其具有非常好的熒光特性及一定的腫瘤靶向能力，已被廣泛用于腫瘤成像研究中。更為重要的是，有報道發(fā)現IR-780具有非常強的光熱轉化性能，可用于腫瘤的光熱治療。基于此，本研究通過細胞增殖抑制方式來檢測IR-780對人胃癌細胞系SGC-7901多藥耐藥株的光熱干預效果，以期為后續(xù)耐藥性胃癌的治療奠定前期研究基礎。

2 材料與方法

2.1 材料

人胃癌細胞系SGC-7901及其多藥耐藥株SGC-7901 ADR獲自空軍軍醫(yī)大學。CCK-8購自碧云天生物科技有限公司。DEME 高糖培養(yǎng)基，胰蛋白酶為Hyclone公司產品。胎牛血清為浙江天杭生物技術有限公司產品。細胞培養(yǎng)皿，孔板，離心管及移液管等耗材為Coning公司產品。

2.2 CCK-8檢測IR-780對SGC-7901及SGC-7901 ADR細胞的毒性

復蘇SGC-7901及SGC-7901 ADR細胞，利用含有10% FBS的DMEM高糖培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為37℃，5%CO2，待細胞長至合適密度后用胰酶消化并計數，以6×104個細胞/孔的密度分別鋪入96孔板內，再加入含有不同濃度IR-780的培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)至待對照孔細胞密度達到90%以上時，去除孔內培養(yǎng)基，向板內每孔重新加入100μL含有10% CCK-8溶液的無色培養(yǎng)基，培養(yǎng)2h后利用酶標儀測定每孔在450nm處的吸光值。計算IC50值。

2.3 IR-780光熱干預效果檢測

將兩種細胞用含有10%FBS的DMEM無色培養(yǎng)基重懸并計數，再以1×105細胞/孔的密度分別鋪至24孔板，待細胞貼壁生長至70%左右密度時，各分為8組，分別加不同濃度的IR-780（1μg/mL，3μg/mL， 9μg/mL，27μg/mL， 81μg/mL，243μg/mL， 729 μg/mL），另外設置一組為空白對照，以37℃，5%CO2的條件孵育2h，之后進行激光照射（照射條件：波長：808nm，功率：2W/cm2，時長：2min），去除孔內培養(yǎng)基，向板內每孔重新加入500μL含有10% CCK-8溶液的無色培養(yǎng)基，培養(yǎng)2h后利用酶標儀測定每孔在450nm處的吸光值，參照前述方法評估抑制效果。根據前期所確定的IR780的最適藥物濃度，設置不同的照射功率，進行干預，評估抑制效果。

3 結果

3.1 IR-780的細胞毒性

IR-780對SGC-7901及其多藥耐藥株的IC50值均在500 μM以上，其中對SGC-7901細胞的IC50值為783.3μM，對多藥耐藥株SGC-7901 ADR的IC50值779.4。結果表明IR780本身的細胞毒性非常低，此外兩種細胞對IR-780的敏感度未顯示出顯著性差異。

3.2 IR-780對于SGC-7901及其多藥耐藥株光熱干預結果

IR-780具備較強的光熱轉化效率，在2W/cm2的照射2min后，9μg/mL濃度即可表現出明顯的細胞損傷，隨著濃度的增加，損傷出現越快，細胞存活率越低，表現出了非常明顯的量效關系。在兩種細胞上的干預效果未見統(tǒng)計學差異。

將IR-780濃度定為27μg/mL，設置不同的梯度的激光照射功率，進行干預。結果發(fā)現細胞存活率與激光照射功率之間也存在著顯著的量效關系，功率越大，細胞存活率越低。當激光照射功率達為1.1W/cm2時，細胞即可發(fā)現明顯的形態(tài)改變，細胞存活率顯著降低，而當功率增大到到2.7W/cm2時，細胞已經接近全部死亡。此外延長激光照射時間也可提高干預效果。在同等條件下SGC-7901和SGC-7901 ADR細胞未表現出顯著的差異。表明光熱療可以有效殺傷SGC-7901及其多藥耐藥株，且該種方法產生的效果不會因細胞耐藥性發(fā)生改變。

4 討論

多藥耐藥性是造成胃癌化療失敗的重要原因之一，目前還未開發(fā)出可以有效針對多藥耐藥性胃癌的臨床治療方法，因此研究新的治療手段具有重要的價值。光熱療主要通過光熱轉化劑特定波長的光產熱進行腫瘤治療[4]。光熱療對細胞的殺傷主要通過高溫破壞細胞膜的完整性，釋放細胞成分，造成細胞的直接壞死，同時還可誘導細胞凋亡[5]。此外，光熱療還可以通過對照射范圍和照射時長的控制來實現腫瘤區(qū)域的精準治療，一方面增加治療效果，同時還可減少正常組織的損傷[6]。光熱轉化劑只實現光熱療的主要基礎，其中有機小分子光熱轉化劑相較于其他材料有著更廣闊的臨床應用前景。本研究通過實驗發(fā)現IR-780所產生的光熱效應可以有效殺傷人胃癌細胞SGC-7901及其多藥耐藥株，并且沒有因SGC-7901 ADR細胞所具有的多藥耐藥性而影響干預效果。此外，IR-780本身毒性較小，可安全的進行各種體內外實驗和應用。該結果可為胃癌的臨床治療提供可靠的研究基礎。

參考文獻

[1]李勇，檀碧波.胃癌耐藥的研究現狀及趨勢[J].世界華人消化雜志，2016，24（32）：4330-4336.

[2]Aioub M， Panikkanvalappil S.R， El-Sayed M.A.. Platinum-coated gold nanorods： efficient reactive oxygen scavengers that prevent oxidative damage toward healthy， untreated cells during plasmonic photothermal therapy[J]. ASC Nano， 2017， 11（1）： 579-586.

[3]Wang Y， Black K， Luehmann H， et al. Comparison study of gold nanohexapods， nanorods， and nanocages for photothermal cancer treatment[J]. ACS Nano， 2013， 7（3）： 2068-2077.

[4]Cao L， Meziani M.J， Sahu S， et al. Photoluminescence properties of graphene versus other carbon nanomaterials[J]. Acc Chem Res， 2013， 46（1）：171-180.

[5]Melamed J.R， Edelstein R.S， Day E.S. Elucidating the fundamental mechanisms of cell death triggered by photothermal therapy[J]. ACS Nano， 2015， 9（1）：6-11.

[6]Choi W.I， Kim J.Y， Kang C， et al. Tumor regression in vivo by photothermal therapy based on gold-nanorod-loaded， functional nanocarriers[J]. ACS Nano， 2011， 5（3）：1995-2003.

作者簡介

李科，男，博士，講師，工作于西安醫(yī)學院基礎與轉化醫(yī)學研究所。