Small丨骨肉瘤来源的外泌体作为肺转移诊断的核医学PET成像纳米探针

肺转移是骨肉瘤相关死亡的主要原因，大部分骨肉瘤患者在诊断时存在轻微肺转移，但目前临床工具很难检测到。来自葡萄牙科英布拉大学的研究人员利用骨肉瘤细胞源性外泌体作为正电子核素铜-64 （64Cu）的天然纳米载体，开发了一种基于外泌体的肺转移PET成像工具。该研究证实了外泌体作为PET成像示踪剂在转移性肿瘤早期检测中的潜在应用。相关研究以“Osteosarcoma-Derived Exosomes as Potential PET Imaging Nanocarriers for Lung Metastasis”为题发表在10月31日的Small杂志上。

图：骨肉瘤外泌体的修饰过程和标记方法

骨肉瘤是一种快速生长的间质源性恶性肿瘤，主要发生于儿童和青少年。骨肉瘤有很高的肺转移倾向，发生在非常早期的阶段，这是青少年发病和癌症相关死亡的主要原因。大约80%的骨肉瘤患者有肺微转移，目前的影像学方法很难在早期发现肺转移。对于局限性骨肉瘤患者，5年生存率在70%左右，但对于转移性患者，5年生存率低于30%。要想在早期发现骨肉瘤的肺转移，迫切需要新的诊断成像和更有效的治疗策略。

包括骨肉瘤在内的肿瘤细胞均会释放外泌体，其中包含细胞类型特异性的物质（如核酸、脂类和蛋白质），这些物质与其他肿瘤分泌因子协同作用，有助于形成转移前生态位，适合肿瘤细胞在远处器官中播种和生长。这些外泌体是肿瘤细胞通过整合素（ITG）依赖机制向特定器官转化的基础。研究表明，外泌体整合素通过与驻留细胞融合来指导器官特异性定植，从而启动转移前生态位的形成。表达ITGα6β4和ITGα6β1的外泌体结合肺成纤维细胞和上皮细胞，驱动了肺转移倾向性；而表达ITG αvβ5的外泌体结合Kupffer细胞，介导肝的倾向性。外泌体的这些特性以及它们固有的生物相容性、低免疫原性和高稳定性，使它们成为成像探针和治疗货物的天然载体，而不存在输送系统的安全性和生物相容性问题。

从体液或各种细胞类型（包括间充质干细胞(MSC)、未成熟树突状细胞(DC)和肿瘤细胞）中分离出的外泌体，已被用作癌症治疗的高效药物传递载体。外泌体可以装载所需的化疗药物，以提高癌症治疗的疗效。大多数关于非肿瘤细胞外泌体的研究都是通过蛋白质、多肽或抗体等特异性配体的表面锚定来工程化的，增加肿瘤特异性靶向药物的传递，减少非特异性毒性。

除了作为治疗活性载体，外泌体还可以用于诊断领域，作为特定的癌症生物标志物和成像探针的纳米载体。多项研究表明，血清外泌体miRNAs可作为骨肉瘤转移的循环诊断生物标志物。除了miRNAs，外泌体衍生的lncRNAs和circRNAs也被认为是骨肉瘤的有效生物标志物。研究显示，通过MALDI-TOF和LC-MS/MS从人血浆中鉴定出的一些外泌体蛋白，可作为骨肉瘤肺转移的潜在生物标志物。

生物发光、荧光和核医学成像等成像方法已广泛用于活体外泌体的无创跟踪，这对深入了解外泌体的生物过程和对许多疾病的有效性至关重要。其中，正电子发射断层扫描（PET）等核医学成像除了具有临床转化的巨大潜力外，还具有高灵敏度、无限深度穿透和精确定量的优点。这种成像方法要求在不干扰外泌体固有特性的情况下，将放射性核素稳定地并入外泌体腔内，或直接或通过共价结合连接到膜蛋白上。另一个要考虑的重要因素是放射性核素的物理半衰期，该半衰期应与外泌体的生物半衰期一致。此前的研究报道了一种两步表面修饰方法，用于在体内PET/MRI成像中使用放射性金属元素对细胞外囊泡进行放射标记。也有研究使用了类似的方法来评估聚乙二醇化外泌体在肿瘤小鼠模型中的体内药代动力学特征。

在这项研究里，研究人员从骨肉瘤细胞中分离出来的外泌体，用正电子发射放射性核素进行放射标记，希望可以作为PET无创诊断骨肉瘤肺转移的成像探针。

研究人员使用转移性骨肉瘤细胞系143B分离初始外泌体，通过马来酰亚胺-硫醇表面反应标记铜-64（64Cu，半衰期12.7小时）或吲哚菁绿（ICG）。这种表面功能化的处理对外泌体的理化性质没有影响，对供体细胞的亲和力也没有影响，并赋予它们良好的体内药代动力学研究特性。PET/MRI和近红外荧光成像用于评估肺转移或原发肿瘤小鼠的肿瘤靶向能力：在小至2-3毫米的转移病灶或原发肿瘤中，有64Cu标记外泌体的特异性积累；利用吲哚菁绿标记的外泌体和荧光素负载的外泌体进行光学成像，观察到了肺转移的靶向性。这些发现表明肿瘤源性外泌体具有作为PET无创检测肿瘤肺转移的靶向显像剂的巨大潜力，是外泌体影像诊断的生物医学应用的重要突破。

参考文献： Osteosarcoma-Derived Exosomes as Potential PET Imaging Nanocarriers for Lung Metastasis. Small. 2022;e2203999.

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