《自然-通讯》：肿瘤酸性pH激活的纳米荧光探针指导临床手术治疗
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肿瘤细胞的代谢导致实体肿瘤独特的酸性微环境，但利用肿瘤和正常组织之间不稳定的细胞外pH差异用于临床一直是具有挑战性的。本文报道了ONM-100，一种基于纳米颗粒的荧光显像剂的临床转化。这是由一种与吲哚菁绿偶联的超pH敏感的两亲性聚合物组成的，由于纳米级大分子协同作用的机制，这种聚合物在酸性的肿瘤细胞外微环境中迅速不可逆转地解离产生荧光。在这项研究(荷兰国家试验登记#7085)中，作者报告了ONM-100的耐受性良好，在30名受试者中可以在体内和体外观察到四种实体肿瘤类型。ONM-100能够检测到9/9受试者的肿瘤阳性切除边缘，以及另外4个以其他方式遗漏的隐匿性病变。因此，这种pH可激活的光学显像剂可能在临床上有益于区分以前不可开发的狭窄生理差异。
这项荧光成像研究的体内和体外数据表明，肿瘤酸中毒引起的低pH值可作为头颈部鳞状细胞癌、乳腺癌、食管癌和结直肠癌四种不同实体肿瘤类型患者癌症的通用生物标志物。pH敏感的荧光显像剂ONM-100耐受性好，可被肿瘤酸性激活，可区分良性肿瘤组织。来自30名受试者的初步临床结果提供了有关隐匿性癌症的信息，否则这些信息是无法通过护理标准(即仅通过肉眼检查和触诊)获得的，例证是术中检测到所有肿瘤阳性的手术切除边缘(9例中的9例)，头颈癌患者中有1例DCIS和1例卫星癌，以及在病理标本中体外检测到另外3个卫星病变和第二原发灶。
这项I期研究是系统给药的一个例子，它表现出纳米级的协同性，克服了不同患者和肿瘤之间的代谢和表型差异。最重要的是，与传统荧光成像剂相比，对于任何给定的受试者，肿瘤和背景荧光之间没有重叠。虽然肿瘤性酸中毒在近100年前就被发现，但临床上肿瘤内pH的时空变异性和影响肿瘤酸度的各种因素阻碍了癌症这一生理特性的利用。作者能够在不同的癌症类型中在临床环境中利用肿瘤酸中毒。虽然纳米尺度的协作性和非共价自组装的独特特征早已被认识到，但它们还没有被系统地应用于临床。基于大分子非共价相互作用的纳米尺度协同性的显著特征包括驱动自组装的弱和多价相互作用，创建不容易由共价化学合成的较大结构，由于降低了能垒而对环境刺激做出更快的响应。
体外喷雾实验进一步证明了显像剂的特异性，结果表明，除了pH之外，没有其他机制，如增透和滞留(EPR)效应，对荧光激活起作用。ONM100局部给药后观察到肿瘤特异性荧光，强调体内EPR效应是肿瘤内胶束选择性聚集的原因，而肿瘤的pH则是胶束开放和荧光信号激活的原因。此外，由于在未酸化的患者的血浆样本中没有观察到荧光，因此可以排除机械性破坏该试剂的可能性。一个潜在的缺点可能是ONM-100被其他与降低pH相关的机制激活，例如在炎症组织中。一些肿瘤出现肿瘤周围的炎症边缘，这是天然免疫系统对侵袭的肿瘤细胞的防御机制的一部分。
在这项研究中，作者没有在这个小样本系列中观察到这种现象。作者认为，如果发生这种情况，其影响微乎其微，它实际上可能提供一个围绕实际肿瘤阳性边缘的荧光圈，从而服务于荧光引导手术的临床适用性。HIF-1-VEGF26、CA-α27和VEGFA11等生物标志物在肿瘤酸中毒的发生和维持中起重要作用。由于ONM-100的激活一般依赖于肿瘤酸化，而不依赖于某个特定的生物标志物，因此免疫组化染色对荧光激活的分子机制提供的信息有限。将体内数据与荧光数据的微观分布相关联将是有益的。不幸的是，这在目前的临床试验中是不可行的，因为ONM-100不是膜结合的，而且荧光在组织护理处理的标准过程中被洗掉了。在这项1期临床试验中，将荧光定位与肿瘤内和周围的pH值相关联的侵入性pH测量被认为既不可行也不安全，原因如下：在肿瘤中进行精确的侵入性pH测量可能会影响手术标本的完整性，可能会阻碍组织病理学评估的护理标准。
在未来的研究中，一种可能的补救措施是在接受ONM-100治疗的患者中使用例如化学交换饱和转移磁共振成像(CEST-MRI)的pH测量。在这一阶段的可行性和影像学研究中，ONM-100的给药时间保持一致，直到手术前24小时，以防止成像数据中的异质性，并根据临床前数据进行选择。ONM-100正在进行的第二阶段研究中研究了不同的剂量-成像间隔，因为从临床转化的角度来看，仅在手术前几个小时给药可能更可取。可以在后续的研究中研究更高的剂量，因为这可能会进一步改善TBR。研究结果表明，ONM-100可以广泛用于其他实体肿瘤类型。如果外科医生除了从传统的超声、CT、PET或MR成像中获得关于肿瘤位置的广泛信息外，还能获得更准确和明确的肿瘤位置描述，可以提高临床成功率。
光学成像输出改善手术结果的能力是基于仅通过视觉和触诊来提供外科医生从术前成像和术中检查所不具备的信息。肿瘤酸中毒作为一种普遍现象，与ONM-100的协同作用相结合，有可能充分改善使用荧光技术对各种肿瘤的手术指导。更广泛的含义是，纳米尺度的大分子协同作用可以将不稳定的生理参数用于临床转化。其他生物参数(如缺氧，氧化还原电位)，以前由于不可预测的变异性而无法利用，也可能适用于基于这一化学原理的临床靶向，代表了一种新的治疗模式。
ONM-100显像剂对癌性酸中毒引起的pH变化作出反应的纳米尺度的大分子协同效应被证明是安全的，ONM-100显像剂对术中和体外癌变的检测具有临床实用价值。临床研究结果证明了一个原则，即通过应用大分子协同作用，诸如pH等以前无法达到的治疗目标的生理参数可能会变得与临床相关。在此之前，临床研究结果证明了诸如pH等生理参数可能会通过应用大分子协同作用而变得与临床相关。