Behavior of platinum(iv) complexes in models of tumor hypoxia: cytotoxicity, compound distribution and accumulation

鉑(IV)配合物在腫瘤缺氧模型中的行為：細(xì)胞毒性、化合物分布和積累

來源 Metallomics, 2016, Volume 8, Pages 422-433

《金屬組學(xué)》，2016年，第8卷，第422-433頁

 

摘要

這篇論文研究了鉑(IV)配合物作為生物還原前藥在腫瘤缺氧模型中的行為。研究通過兩步篩選實(shí)驗(yàn)，比較了具有不同還原速率和親脂性的鉑(IV)配合物在缺氧多細(xì)胞球體和單層培養(yǎng)中的細(xì)胞毒性，并與參考化合物satraplatin進(jìn)行對(duì)比。此外，使用LA-ICP-MS和微電極技術(shù)分析了化合物在缺氧球體和異種移植瘤中的分布和積累。研究發(fā)現(xiàn)，鉑(IV)配合物的細(xì)胞攝取和細(xì)胞毒性與親脂性強(qiáng)烈相關(guān)，但在缺氧條件下的細(xì)胞毒性和抗腫瘤活性取決于其還原速率。還原速率適中的化合物在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出最佳活性，表明鉑(IV)前藥可能靶向缺氧腫瘤區(qū)域。

 

研究目的

本研究旨在識(shí)別最適合用于靶向缺氧腫瘤的鉑(IV)前藥，通過評(píng)估其還原速率和親脂性對(duì)細(xì)胞毒性、分布和積累的影響。具體目標(biāo)是確定鉑(IV)配合物在缺氧環(huán)境中的激活機(jī)制，并驗(yàn)證其作為生物還原前藥在克服腫瘤耐藥性和副作用方面的潛力。

 

研究思路

研究采用體外和體內(nèi)模型相結(jié)合的方法。首先，在多種癌細(xì)胞系（如CH1/PA-1、HCT116、HT1080）的缺氧球體和非缺氧單層培養(yǎng)中測試鉑(IV)配合物的細(xì)胞毒性。然后，選擇性能最佳的化合物在SCID小鼠的缺氧異種移植瘤模型中進(jìn)行體內(nèi)驗(yàn)證。使用微電極技術(shù)（如丹麥Unisense電極）測量球體內(nèi)的氧分壓、pH和氧化還原電位梯度，以表征缺氧環(huán)境。通過LA-ICP-MS分析化合物在腫瘤組織中的分布和積累，從而關(guān)聯(lián)理化性質(zhì)與生物活性。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1. 細(xì)胞毒性數(shù)據(jù)（IC50值）：來自Table 1和Fig.3。這些數(shù)據(jù)顯示了鉑(IV)配合物在不同細(xì)胞系和培養(yǎng)條件（缺氧vs非缺氧）下的活性差異。研究意義在于表明缺氧能激活某些鉑(IV)化合物（如化合物1），其細(xì)胞毒性在缺氧球體中增強(qiáng)，而鉑(II)參考化合物如oxaliplatin活性降低，突出了鉑(IV)前藥在靶向缺氧區(qū)域的潛力。

 

 

2. 化合物分布和積累數(shù)據(jù)：來自Fig.4和Table 3。通過LA-ICP-MS測量鉑在球體和腫瘤組織中的空間分布，顯示化合物在缺氧核心區(qū)域積累熱點(diǎn)。研究意義在于證實(shí)鉑(IV)配合物能滲透到缺氧區(qū)域，且積累量與親脂性正相關(guān)，但缺氧激活與積累無關(guān)，而是依賴于還原速率。

 

 

3. 缺氧環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)（氧分壓、pH、氧化還原電位）：來自Fig.2，使用丹麥Unisense電極測量。這些數(shù)據(jù)量化了球體內(nèi)的化學(xué)梯度，顯示氧分壓從表面向核心降低，pH和還原電位同步下降。研究意義在于直接證明了缺氧球體內(nèi)部形成還原性微環(huán)境，為鉑(IV)化合物的生物還原激活提供了物理化學(xué)基礎(chǔ)。

 

 

結(jié)論

1. 鉑(IV)配合物的細(xì)胞毒性和抗腫瘤活性主要受還原速率調(diào)控，而非親脂性；還原速率適中的化合物（如化合物2）在缺氧模型中表現(xiàn)最佳。

2. 缺氧環(huán)境能選擇性激活鉑(IV)前藥，使其在缺氧球體和體內(nèi)模型中活性增強(qiáng)，而常規(guī)鉑(II)藥物活性降低，支持鉑(IV)化合物作為靶向缺氧腫瘤的策略。

3. 化合物在腫瘤內(nèi)的分布不均勻，積累在血管周圍和缺氧區(qū)域，但高積累并不總導(dǎo)致高活性，強(qiáng)調(diào)還原激活是關(guān)鍵限速步驟。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

本研究使用丹麥Unisense公司的氧微電極、pH微電極和氧化還原電位微電極測量多細(xì)胞球體內(nèi)的理化梯度，這些數(shù)據(jù)具有重要研究意義。首先，氧微電極以高空間分辨率（20μm間隔）實(shí)時(shí)測定了球體從表面到核心的氧分壓分布，顯示氧濃度從表面約100 mmHg降至核心近0 mmHg，直接證實(shí)了球體內(nèi)部存在嚴(yán)重缺氧區(qū)域，為缺氧相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供了可靠環(huán)境參數(shù)。其次，pH微電極測量顯示球體核心pH降低約0.2單位，表明缺氧伴隨酸中毒，這可能影響藥物穩(wěn)定性和活性。氧化還原電位測量則揭示球體核心還原性增強(qiáng)，與缺氧和酸中毒一致，形成了鉑(IV)化合物還原激活的理想微環(huán)境。這些高精度數(shù)據(jù)不僅驗(yàn)證了球體作為缺氧腫瘤模型的有效性，還將微觀環(huán)境參數(shù)與化合物活性直接關(guān)聯(lián)，闡明了鉑(IV)前藥在還原性缺氧區(qū)域被激活的機(jī)制。總之，Unisense電極的應(yīng)用為理解腫瘤微環(huán)境如何調(diào)控藥物行為提供了關(guān)鍵證據(jù)，強(qiáng)調(diào)了物理化學(xué)梯度在靶向治療中的重要性。