研究簡介:本研究介紹了一種新型的AZ31鎂合金碘-125種子鏈（AMASS），旨在通過產(chǎn)生氫氣來增強(qiáng)實體瘤對碘-125近距離放射治療的敏感性。研究背景指出，盡管碘-125種子植入能有效殺死腫瘤細(xì)胞，但腫瘤的放射抗性限制了其療效。氫氣作為一種具有抗癌特性的醫(yī)療氣體，能夠增強(qiáng)免疫療法的效果，但在放射治療中的作用尚未充分探索。研究中，AMASS顯示出pH依賴的緩慢釋放氫氣特性和優(yōu)良的機(jī)械性能，能夠通過微創(chuàng)手術(shù)植入腫瘤中。體外實驗結(jié)果表明，AMASS降解產(chǎn)生的氫氣能顯著抑制腫瘤細(xì)胞增殖、增加凋亡、擾亂氧化還原平衡、降低ATP水平，并誘導(dǎo)DNA損傷。在小鼠異種移植瘤和家兔肝臟腫瘤模型中，AMASS與碘-125種子聯(lián)合使用顯示出比單獨碘-125種子更優(yōu)越的治療效果，且無明顯副作用。機(jī)制探討發(fā)現(xiàn)，氫氣通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞內(nèi)的ROS水平，破壞氧化還原平衡，促進(jìn)凋亡。同時氫氣影響線粒體氧化呼吸鏈，導(dǎo)致線粒體膜電位異常和功能障礙，降低細(xì)胞內(nèi)ATP水平，抑制腫瘤生長。此外，AMASS具有均勻的輻射劑量分布和簡單的植入方式，提高了放射治療的均勻性和便捷性。安全性評估顯示，AMASS植入后，家兔的主要器官未顯示出明顯的毒性效應(yīng)，血清鎂離子水平也沒有增加，表明AMASS植入對家兔的造血功能、肝腎功能或血清鎂離子水平無不良影響。

Unisense微電極測定系統(tǒng)的應(yīng)用

Unisense微電極系統(tǒng)被用來測量小鼠模型中腫瘤內(nèi)氫氣的含量。研究中利用Unisense微電極系統(tǒng)直接插入到小鼠皮下移植腫瘤中，以測量和記錄腫瘤內(nèi)氫氣的濃度。這種方法用來評估AZ31鎂合金管（AMATs）在腫瘤微環(huán)境中產(chǎn)生氫氣的能力。通過在小鼠模型中不同時間點（1周、2周和3周后）使用Unisense微電極系統(tǒng)，能夠觀察到隨著時間的推移，AMATs降解產(chǎn)生的氫氣水平的變化。通過比較AMATs組和對照組腫瘤內(nèi)氫氣水平的差異，研究者能夠評估AMATs產(chǎn)生的氫氣對腫瘤生長和治療效果的潛在影響。而相對電壓差異的變化反映了AMATs降解活性和氫氣產(chǎn)生能力的下降，這與AMATs的物理降解和表面積減少有關(guān)。

實驗結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)AMAT具有適當(dāng)?shù)膭傂院团c碘-125種子的良好連接性。更重要的是AMAT可以在溶液中降解產(chǎn)生氫氣，并且氫氣的產(chǎn)生速率與pH值有關(guān)。探討了AMAT降解產(chǎn)生的氫氣在增強(qiáng)放射性碘-125種子治療實體瘤中的作用和潛在的分子抗癌機(jī)制。在功能上，AMAT降解產(chǎn)生的氫可以與碘-125種子協(xié)同作用，抑制腫瘤細(xì)胞增殖并促進(jìn)細(xì)胞凋亡。從機(jī)制上講，氫破壞了腫瘤細(xì)胞中的ROS穩(wěn)態(tài)和MMP，損害了線粒體功能，降低了ATP水平，并阻礙了碘-125輻射誘導(dǎo)的DSB的修復(fù)，從而增強(qiáng)了碘-125種子療法在實體瘤中的放射增敏作用。

圖1、新型AZ31鎂合金種子鏈的組裝示意圖和潛在應(yīng)用。

圖2、AZ31鎂合金管的腐蝕和析氫特性（AMAT）。a）立體顯微鏡和b）掃描電子顯微鏡下腐蝕后不同時間點AMAT的表面特性。c）目視觀察不同pH條件下的析氫能力。d）在胎牛血清（FBS）和DMEM培養(yǎng)基中不同時間點的析氫能力的顯微鏡觀察。e）在不同pH條件下立體顯微鏡觀察析氫能力。f）通過亞甲藍(lán)（MB）方法測定pH值為7.3、6.8和5.6時的相對析氫速率。g）不同pH值下AMAT的失重。

圖3、AZ31鎂合金管（AMAT）增強(qiáng)實體瘤細(xì)胞放射敏感性的機(jī)制。a）AMAT處理后不同時間點VX2細(xì)胞中的ROS水平。b）用AMAT和125I種子處理后VX2細(xì)胞的線粒體膜電位。c）用AMAT和125I種子處理后MC38細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)ATP水平。d，e）用AMAT和125I種子處理后MC38細(xì)胞的γH2A.X水平。f）用AMAT和125I種子處理后VX2細(xì)胞的BAX和Bcl-2水平。g）氫近距離放射治療的體外機(jī)制圖。

圖4、AZ31鎂合金管（AMAT）對小鼠皮下異種移植瘤的治療效果。a）小鼠皮下腫瘤移植的實驗程序圖。b）小鼠皮下腫瘤植入物中氫的含量的比較AMAT植入后1、2和3周。c，d）小鼠皮下腫瘤的體積。e）腫瘤重量統(tǒng)計圖。f）小鼠皮下移植腫瘤的H&E染色和IHC。

圖5、使用unisesne微電極在小鼠腫瘤內(nèi)測量氫氣。a)示意圖；b)實物圖片。

結(jié)論與展望

放射性碘-125（I-125）粒子植入是一種近距離放射治療技術(shù)，可通過X射線和伽馬射線有效殺死腫瘤細(xì)胞，在各種實體瘤的一線治療失敗后作為替代治療選擇。然而腫瘤放射耐藥性限制了其療效。氫氣具有抗癌特性，可以增強(qiáng)免疫療法的療效。然而，它在放療致敏中的作用很少被報道。目前的許多氫輸送方法都涉及產(chǎn)氫納米材料，例如鎂基納米材料。本研究介紹了一種AZ31鎂合金碘-125種子鏈（稱為AMASS），具有pH依賴性緩釋氫特性和優(yōu)異的機(jī)械性能。AMASS可以通過微創(chuàng)手術(shù)植入腫瘤中，在碘-125種子周圍釋放氫氣。Unisense微電極系統(tǒng)被用來測量小鼠模型中腫瘤內(nèi)氫氣的含量。通過比較AMATs組和對照組腫瘤內(nèi)氫氣水平的差異，研究者能夠評估AMATs產(chǎn)生的氫氣對腫瘤生長和治療效果的潛在影響。體外實驗表明，AMASS降解產(chǎn)生的氫顯著抑制腫瘤增殖、增加細(xì)胞凋亡、破壞氧化還原穩(wěn)態(tài)和線粒體膜電位、降低三磷酸腺苷水平，并誘導(dǎo)碘-125輻射引起的DNA損傷。氫氣的產(chǎn)生與腫瘤細(xì)胞增殖抑制和凋亡增加相關(guān)，這表明氫氣可能在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)和線粒體功能中發(fā)揮作用。在小鼠異種移植和兔肝腫瘤模型中，與單獨的碘-125種子相比，來自AMASS的氫顯示出卓越的治療效果，沒有明顯的副作用。此外AMASS具有均勻的輻射劑量分布和簡單的植入。因此來自AMASS的氫增強(qiáng)了碘-125粒子的療效，支持碘-125粒子植入在癌癥治療中的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。