近日，真邁生物(wù)用(yòng)戶俄羅斯西伯利亞國立醫科大(dà)學生物(wù)科學與生物(wù)工程中心、托木(mù)斯克理(lǐ)工大(dà)學化(huà)學與生物(wù)醫學工程研究院的(de)研究團隊在Nano Today（IF17.4, JCR Q1）上發表了(le)題爲“Nano-bio interaction of magnetic nanoparticles with cells in a tumor at the single-cell level”的(de)研究成果。通(tōng)過研究未修飾的(de)聚乙二醇化(huà)氧化(huà)鐵磁性納米顆粒(MNPs)或經pH低插入肽修飾（pHLIP）的(de)聚乙二醇化(huà)氧化(huà)鐵MNPs（用(yòng)于腫瘤酸性微環境智能靶向的(de)配體）在乳腺癌小鼠模型中的(de)滲透和(hé)分(fēn)布，作者發現MNPs通(tōng)過血管破裂和(hé)内皮細胞胞吞轉運作用(yòng)進入腫瘤組織。随後，基于GenoLab M的(de)單細胞RNA測序，确定了(le)在腫瘤組織中吸收MNPs的(de)細胞群，并揭示了(le)MNPs在調節性Trem2⁺腫瘤相關巨噬細胞中的(de)累積偏好性。

磁性納米顆粒（MNPs）由于其磁特性可(kě)以通(tōng)過交變磁場(chǎng)加熱(rè)或非加熱(rè)低頻(pín)磁場(chǎng)激活，從而發揮内在治療效果或促進藥物(wù)釋放，而MNPs在特定部位的(de)累積可(kě)通(tōng)過磁共振成像或磁粒子成像進行監測。MNPs對(duì)外部磁場(chǎng)的(de)響應能力也(yě)爲遠(yuǎn)程控制提供了(le)條件，從而推動開發智能納米系統成爲可(kě)能。然而，開發一種用(yòng)于精準治療的(de)納米系統，需要深入了(le)解納米系統在體内的(de)表現。

研究者之前通(tōng)過pH低插入肽（pHLIP）對(duì)MNPs進行了(le)修飾，創建了(le)一個(gè)智能的(de)pH響應的(de)腫瘤傳遞系統。在酸性（低pH）腫瘤微環境中，pHLIP可(kě)以形成α螺旋結構，插入并穿過腫瘤細胞膜，因此可(kě)作爲一種智能的(de)腫瘤靶向配體。将單細胞RNA測序、流式細胞術、活體顯微鏡，以及透射電子顯微鏡結合起來(lái)，可(kě)以描述出MNPs進入腫瘤的(de)路線，揭示腫瘤細胞亞群吞噬MNPs的(de)過程，爲設計更高(gāo)效的(de)藥物(wù)遞送系統，開發有效的(de)腫瘤治療藥物(wù)提供新的(de)策略和(hé)方法。

01 MNPs幹擾腫瘤組織中不同細胞亞群的(de)表達譜

2個(gè)處理(lǐ)組（MNP-PEG：未修飾的(de)聚乙二醇化(huà)氧化(huà)鐵磁性納米顆粒；MNP-pHLIP：pH低插入肽修飾的(de)聚乙二醇化(huà)氧化(huà)鐵磁性納米顆粒）和(hé)1個(gè)對(duì)照(zhào)組（PBS磷酸鹽緩沖液）處理(lǐ)的(de)腫瘤組織進行單細胞RNA測序，一共聚類成10個(gè)cluster。其中9個(gè)可(kě)以被gene marker劃分(fēn)爲具體的(de)細胞亞群（圖1A）：4個(gè)大(dà)的(de)細胞亞群包括兩類巨噬細胞、上皮細胞和(hé)成纖維細胞；5個(gè)小的(de)細胞亞群分(fēn)别是中性粒細胞、樹突細胞、内皮細胞和(hé)B細胞及T細胞。這(zhè)9類細胞亞群的(de)相對(duì)豐度如圖1B所示，兩類巨噬細胞在2個(gè)處理(lǐ)組中的(de)占比都比較高(gāo)，說明(míng)了(le)MNPs在巨噬細胞中累積的(de)偏好性。差異基因表達分(fēn)析發現：兩種MNPs都會被Trem2⁺巨噬細胞（一類腫瘤特異免疫抑制的(de)巨噬細胞）内吞，研究者通(tōng)過免疫熒光(guāng)分(fēn)離MNP(Cy5)⁺F4/80⁺Trem2⁺細胞（圖1C）進行了(le)進一步驗證。共定位分(fēn)析表明(míng)，MNP-PEG處理(lǐ)的(de)36±9%和(hé)MNP-pHLIP處理(lǐ)的(de)36±3%的(de)MNP(Cy5)⁺F4/80⁺巨噬細胞都是Trem2⁺類型。随後，提取兩類占比較多(duō)的(de)巨噬細胞的(de)亞群，再次進行降維和(hé)聚類分(fēn)析。發現這(zhè)些細胞亞群可(kě)被進一步分(fēn)類爲幾個(gè)不同類别：M1-like TAM（腫瘤相關巨噬細胞），M2-like TAM，免疫調控和(hé)促血管因子及增殖的(de)TAM（圖1D），Cluster 4 m被鑒定爲CD14⁺腫瘤浸潤單核細胞，Cluster 6 m幾乎隻出現在MNP-pHLIP處理(lǐ)的(de)樣本中，被劃分(fēn)爲S100a8/9+細胞。含有MNPs的(de)所有巨噬細胞亞群中，都能檢測到Creg1⁺, Ctsd⁺, Cyba⁺，研究者推測MNPs可(kě)能激活了(le)TAM細胞的(de)Nrf2途徑，從而調節巨噬細胞對(duì)MNPs的(de)反應以及腫瘤微環境。

圖1 4T1乳腺癌模型小鼠的(de)細胞亞群全景。（A）12,892個(gè)細胞通(tōng)過UMAP聚類成10個(gè)亞群;（B）4T1乳腺癌腫瘤組織三個(gè)組别細胞亞群的(de)相對(duì)豐度，PBS處理(lǐ)組作爲對(duì)照(zhào)，處理(lǐ)組是未修飾的(de)聚乙二醇化(huà)氧化(huà)鐵磁性納米顆粒(MNP-PEG)或經pH低插入肽修飾的(de)聚乙二醇化(huà)氧化(huà)鐵（MNP-pHLIP)處理(lǐ)24h後的(de)樣本，每組2例，*代表FDR<0.05;（C）三個(gè)處理(lǐ)的(de)小鼠獲取代表性腫瘤組織切片，抗F4/80（綠(lǜ)色）和(hé)抗Trem2（紅色）抗體染色；MNPs爲洋紅色。比例尺：100 µm;（D）4T1乳腺癌腫瘤組織的(de)巨噬細胞亞群聚類結果;（E）巨噬細胞亞群的(de)相對(duì)豐度柱狀圖。

1. 基于單細胞轉錄組測序可(kě)以獲得(de)MNPs在腫瘤細胞群中無偏分(fēn)布數據；

2. 血管破裂和(hé)内皮細胞吞噬可(kě)以解釋MNPs在腫瘤組織中的(de)外滲現象；

3. MNPs在腫瘤組織中優先與Trem2⁺巨噬細胞相互作用(yòng)，有望應用(yòng)于細胞重編程；

4. 單核細胞可(kě)以将MNPs傳遞給上皮癌細胞；

5. 與pH低插入肽修飾的(de)結合會影(yǐng)響MNP在生物(wù)體内的(de)分(fēn)布。

Pershina A G, Efimova L V, Brikunova O Y, et al. Nano-bio interaction of magnetic nanoparticles with cells in a tumor at the single-cell level[J]. Nano Today, 2024, 56: 102300.