Експериментальний
і терапевтичний
Ліки

  • Журнал Головна
  • Поточне питання
  • Майбутній випуск
  • Найчитаніші
  • Найчастіше цитовані (розміри)
    • Останні два роки
    • Всього
  • Найчастіше цитовані (CrossRef)
    • Минулий рік 0
    • Всього
  • Соц.медіа
    • Минулий місяць
    • Минулий рік
    • Всього
  • Архів
  • Інформація
  • Онлайн подання
  • Інформація для авторів
  • Редагування мови
  • Інформація для рецензентів
  • Редакційна політика
  • Редакційна колегія
  • Цілі та сфера застосування
  • Абстрагування та індексування
  • Бібліографічна інформація
  • Інформація для бібліотекарів
  • Інформація для рекламодавців
  • Передруки та дозволи
  • Зверніться до редактора
  • Загальна інформація
  • Про Спандідос
  • Конференції
  • Вакансії
  • Зв'язок
  • Правила та умови
  • Автори:
    • Ці Сяо
    • Тяньмін Чень
    • Шилін Чень

  • Ця стаття згадується в:

    Анотація

    Вступ

    Рак є провідною причиною випадків смертності у всьому світі (1). Хірургічне втручання - ефективний метод, що застосовується для видалення солідних пухлин, при цьому> 50% хворих на рак щороку переносять операцію (2). Насправді хірургічне видалення пухлини може збільшити швидкість лікування більшості солідних типів пухлини в 4–11 разів (3).

    флуоресцентні

    Неможливість отримати повне очищення хвороби через неповну резекцію, включаючи позитивні межі пухлини або метастатичні ракові клітини в лімфатичних вузлах, є головною проблемою в хірургічній пухлині і трапляється у 20–60% операцій (2). Клітини пухлини можуть поширюватися на віддалені тканини хазяїна, що призводить до метастатичного захворювання - добре відомої причини смертності у хворих на рак (4). Після лікування можуть спостерігатися високі рівні метастазування та рецидив раку через неповне видалення країв первинної пухлини (4). Хірургія вирішує різні проблеми, включаючи виявлення дрібних вогнищ, локалізацію метастазів, а також підтвердження повного видалення пухлини (5–9).

    Пасивний флуоресцентний барвник індоціанін зелений (ICG)

    Фігура 1.

    Структура індоціаніну зелений.

    Механізм накопичення ІКГ в пухлині залишається незрозумілим. Попередні дослідження показали, що ICG піддається гепатобіліарній екскреції (25–28). Виділення ICG в печінку, а потім жовч може впливати на її кліренс при різних типах пухлин. Для пухлин печінки передбачається, що органічні аніони, що транспортують поліпептиди, експресовані на клітинах печінки, транспортерних білках і внутрішньоклітинних білках-транспортерах, спричиняють контраст пухлини (24, 29). Для пухлин, що не є печінкою, посилений ефект проникності та утримання (ЕПР) є основним механізмом накопичення ICG у твердих карциномах (30–33). Механізм ЕПР був пов'язаний з пухлинними середовищами, такими як артеріальний тиск, рН, відділення ендотеліальних клітин судин, відмінності в рівні місцевих простагландинів та брадикініну та відсутність ангіогенезу в лімфатичних судинах (24,34).

    Вперше описаний Мацумурою та Маедою (35) у 1986 році, описаний ефект ЕПР дефекти ендотеліальних клітин призводять до систематичного та пасивного накопичення дрібних молекул, таких як ICG, у стінках кровоносних судин пухлини. Потрапляючи в мікросередовище пухлини, молекули барвника зберігаються завдяки загальним властивостям, включаючи форму, розмір, заряд і полярність, а не механізму взаємодії ліганд-рецептор, специфічного для пухлини (36).

    Молекулярна структура ICG включає гідрофільні та гідрофобні частини (37). Керуючись властивою йому хімічною структурою, ICG взаємодіє з ліпопротеїнами (LP) та фосфоліпідами (38). ICG поєднується з LP в кровообігу людини (39–41). LP взаємодіє з гідрофільним кінцем ICG і утворює комплекс (ICG-LP) з покращеною спорідненістю до гідрофобних груп. Під час некрозу оголюються гідрофобні хвости фосфоліпідів і спостерігаються зміни спорідненості ICG-LP до розірваного ліпідного шару (рис. 2) (37). Крім того, деякі захворювання, включаючи злоякісні пухлини, запалення або травми, можуть збільшити проникність судин, що дозволяє комплексам ICG-LP проникати крізь стінки здорових судин (39,42).

    Малюнок 2.

    Нормальний ліпідний двошар проти некротичного ліпідного двошару. Некроз оголює гідрофобні хвости фосфоліпідів. Індоціаніновий зелений ліпопротеїн виявляє виразну спорідненість до фосфоліпідів із розірваного ліпідного бішару.

    Onda та співавт. (43) показали, що через 30 хв після введення ICG інтерналізували в пухлинні клітини, де вони залишалися щонайменше протягом 24 годин. У нормальних тканинах відбувся швидкий кліренс. Поблизу 2- (N - (7-нітробенз-2-окса-1,3-діазол-4-іл) аміно) -2-дезоксиглюкози ICG виявляв швидку нетканинну специфічну екстравазацію, можливо, через оборотну не- ковалентні взаємодії з сироватковими білками, такими як альбумін, проявляючи ефекти ЕПР, що сприяють накопиченню ICG у тканині пухлини (30–33).

    Далі було зазначено, що внутрішньоклітинне накопичення ICG може збільшуватись із підвищенням температури; також автори припустили, що ICG може всмоктуватися в клітини шляхом зв'язування з клітинною мембраною (43). На процес поглинання ICG можуть впливати дві молекули: фосфоліпіди та Pitstop2. Здатність ICG взаємодіяти з фосфоліпідами дозволяє йому зв’язуватися з клітинною мембраною, клітини потім поглинають ICG; Pitstop2, інгібітор сітчастого білка, залежний від ендоцитозу, активується шляхом зв’язування позаклітинних молекул з клітинною мембраною та інгібує поглинання ICG (44). Крім того, автори рекомендували, щоб ICG всмоктувався в клітини шляхом зв'язування з клітинною мембраною (43).

    Суперечливі результати флуоресцентної візуалізації часто залежать від типу пухлини, стадії та мікросередовища. Флуоресценція, випромінювана ICG, проникає лише на 5–10 мм у тканину, тому глибина пухлини впливає на результат візуалізації (45). Hill et al (46) заявили, що людський лейкоцитарний антиген (HLA) є природною, біологічно розкладається речовиною; ICG (0,0026–0,0052 ммоль, 2,0–4,0 мг), завантажений в HLA, може стати наночастинкою. Hill et al (46) також вказали, що контраст пухлини з наночастинками ICG значно покращився порівняно із застосуванням звичайної ICG. Це вказує на те, що розмір ICG може впливати на результати флуоресцентного зображення.

    PubMed-аналіз статей, опублікованих за останні п’ять років із використанням ICG в хірургії за тканинним або клітинним типом, наведено на рис. 3. Рак печінки демонструє найвищі показники публікацій, що описують використання ICG в хірургії, а потім рак молочної залози та шийки матки. Публікації, що описують використання ІКГ в хірургії, зросли між 2011 і 2016 роками, як вказує рис. 4.

    Малюнок 3.

    Кількість робіт, опублікованих між 2011 і 2016 роками, згідно PubMed, що описують використання індоціанінового зеленого для оперативних вказівок при різних типах пухлин.

    Малюнок 4.

    Кількість робіт, опублікованих між 2011 і 2016 роками, згідно з PubMed, що описують використання індоціанінового зеленого для оперативних вказівок з часом.

    Флуоресцентний засіб 5-ALA, що містить барвник

    5-амінолевулінова кислота (5-ALA; рис. 5) є небілковою амінокислотою, яка є попередником у біосинтезі порфірину (47,48). Здатність 5-ALA діяти як флуоресцентний агент походить від накопичення світлочутливого протопорфірину-IX (PpIX), який демонструє чіткий спектр флуоресценції під впливом певної довжини хвилі (49). Вставляючи чорне залізо (Fe 2+), PpIX (рис. 6) утворює гем В, протетичну групу гемоглобіну, міоглобіну, цитохромів, каталаз та пероксидаз (47). PpIX є світлочутливим, поглинаючи синє світло (375–440 нм) і випромінюючи флуоресценцію від червоного до рожевого (

    635 нм) (48–50). Екзогенна 5-ALA є найбільш часто використовуваною молекулою в якості фотосенсибілізуючого агента при інтраопераційному фотодинамічному виявленні пухлинної тканини (51) і може стати агентом флуоресценції, що відповідає барвнику, під час хірургічного втручання (FGS) (52–54) ).

    Малюнок 5.

    Будова 5-амінолевулінової кислоти.

    Малюнок 6.

    Будова протопорфірину-IX.

    Покращена флуоресценція PpIX після лікування 5-ALA спостерігається в різних типах пухлинних клітин і тканин (рис. 7), підтверджена порівнянням з контрольною групою (55). Широкі дослідження продемонстрували, що підвищена флуоресценція PpIX в пухлинних клітинах може бути результатом впливу на різні властивості, пов'язані з пухлиною, включаючи біосинтез гему, функцію мітохондрій та зміни транспортерів порфірину (56).

    Малюнок 7.

    Кількість робіт, опублікованих між 2011 і 2016 роками, згідно з PubMed, що описують використання 5-амінолевулінової кислоти для хірургічного втручання при різних типах пухлин.

    Для того, щоб зрозуміти, що ці ферменти диференційовано експресуються в пухлинах, таблиця I (21,58–72) ілюструє зміни, що спостерігаються в експресії генів та активності ферментів, пов’язаних із шляхом біосинтезу гему різних тканин пухлини, порівняно з нормальною тканиною. Надані дані можуть бути надалі використані в керівництві, яке допомагає прийняти рішення щодо того, які типи пухлин можуть мати покращені хірургічні результати завдяки використанню 5-ALA-опосередкованої флоресценції PpIX.

    Таблиця I.

    Зміни ферментативної активності та експресії генів ферментів, що беруть участь у шляху біосинтезу гему в різних тканинах пухлини.

    Таблиця I.

    Зміни ферментативної активності та експресії генів ферментів, що беруть участь у шляху біосинтезу гему в різних тканинах пухлини.

    Ефекти типу ферменту
    АЛАС Колоректальний рак (58) Експресія генів значно нижча
    HCC4017 недрібноклітинний рак легенів (59) Експресія генів та рівень білка збільшились
    Ксенотрансплантатна пухлина раку легенів (59) Збільшився рівень білка
    PBGD Рак шийки матки (60) Експресія генів та ферментативна активність зросли
    Рак простати (61)
    Рак молочної залози (62)
    Менінгіома (21)
    Рак сечового міхура (63) Збільшилася ферментативна активність
    Рак товстої кишки (64)
    Стравохід Барретта (65,66)
    Рак стравоходу (55,65)
    УРОД Індукований вірусом еритролейкемія (миші) (67) Експресія генів або активність ферментів збільшуються в процесі ініціації
    Пухлина молочної залози (62) Активність ферментів зросла
    Рак голови та шиї (68) Експресія генів зросла
    FECH Рак печінки (69) Активність ферментів знизилася
    Рак сечового міхура (63) Активність ферментів знизилася
    Колоректальний рак (58,64) Експресія генів знизилася
    Рак стравоходу (58) Експресія генів знизилася
    Рак шлунка (58) Експресія генів знизилася
    Рак прямої кишки (58) Експресія генів знизилася
    Рак товстої кишки (58) Експресія генів знизилася
    Уротеліальний рак (70)
    Рак гліоми (71)
    Рак молочної залози (72)

    [i] ALAS, 5-амінолевулінова синтаза; PBGD, порфобіліногендезаміназа; УРОД, декарбоксилаза уропорфіриногену III; FECH, феррохелатаза.

    Сукциніл-КоА, один з двох вихідних матеріалів біосинтезу PpIX/гему, є метаболітом, що утворюється в циклі трикарбонової кислоти (ТСА). Для запобігання накопиченню метаболітів із циклу ТСА, а також мітохондріального НАДН встановлено зв’язок між метаболізмом глюкози, циклом ТСА та біосинтезом гему (73). Тобто, Сукциніл-КоА, метаболіт, що продукується в циклі TCA, брав участь у першому етапі біосинтезу PpIX/гему.

    У плазматичній мембрані ATP-зв'язуючий підсімейство касети G-член 2 (ABCG2), транспортер, відіграє найважливішу роль у транспортуванні PpIX. Дослідження показали, що підвищена активність ABCG2 знижує внутрішньоклітинний рівень PpIX після стимуляції 5-ALA, а клітинні лінії з високою експресією або активністю ABCG2 часто виявляють знижену флуоресценцію 5-ALA-PpIX (84,85). Robey et al (84) показали, що використання інгібіторів транспорту ABCG2 посилить флуоресценцію 5-ALA-PpIX.

    Флуоресцентні барвники, націлені на біомаркер

    Було розроблено та включено кілька флуоресцентних барвників NIR, наприклад, з антитілами (86,87), наночастинками (88) або інкапсульованими в наноматеріали (89,90), які будуть використовуватися як контрастні речовини для молекулярної візуалізації різних пухлин (4). Дослідники встановили, що підвищений рівень білка для активації фібробластів (FAP) у стромальних фібробластах пов'язаний з агресивними типами раку (91–95). FAP - це слинний глікопротеїн II типу зі здатністю розщеплювати біологічні пептиди, включаючи колаген та протеолітичні ферменти, і виконує центральну роль в агресивності твердих пухлин. FAP експресується в стромальних фібробластах декількох типів раку, але не в здоровій тканині; його використовують як пухлинний маркер, який привертає все більшу увагу (91,96). Рюгер та співавтори (90) пов’язали анти-одноланцюговий змінний фрагмент, спрямований проти фрагментів антитіл FAP, до загалених ліпосом, що стало новим діагностичним контрастним барвником флуоресценції, який називають анти-FAP-IL. Анти-FAP-IL-антитіла використовували для забезпечення специфічності та флуоресцентної візуалізації експресійних клітин FAP та фібробластів пухлинних м'язів у мишей при ксенотрансплантації (96).

    Вуглеводний антиген 19.9 (CA19.9) є лігандом молекул адгезії епітеліальних лейкоцитів, і його надмірна експресія була виявлена ​​при деяких злоякісних захворюваннях, а також при деяких злоякісних станах (97–101). CA19.9 є привабливою мішенню для візуалізації аденокарциноми протоки підшлункової залози (PDAC) завдяки своїй високій експресії на пухлинах у порівнянні зі здоровою тканиною підшлункової залози (102, 103). Використання CA19.9 як біомаркерів для PDAC призвело до ідентифікації кількох антитіл, включаючи характеристику повністю людського моноклонального антитіла 5B1, яке зв'язується з позаклітинними епітопами CA19.9 з низьким наномолярним спорідненістю (104–106). Тож Хоутон та співавтори (107) створили три модульні інструменти, включаючи 89 Zr-ss DFO-5B1, ss FL-5B1 та 89 Zr-s dual-5B1. Ці модульні засоби можуть орієнтуватись на CA19.9, який є важливою молекулою при інвазії та метастазуванні багатьох видів раку, включаючи PDAC (103). Результати показали, що три модульні інструменти, що оцінювались, продемонстрували відмінне засвоєння позитивної моделі ксенографа CA19.9 PDAC, вказуючи на те, що кожен з них, ймовірно, покращить показники виявлення пухлини пацієнтів з PDAC (107).

    Флуоресцентні наночастинки золота, синтезовані Li et al (108), зв’язуються з діатрізойною кислотою та аптамером AS1411, націленим на нуклеолін. Це тип зонду, спрямованого на флуоресценцію, спрямованого на аптамери. Окрім забезпечення видимої флуоресценції для детектування, зонд також демонстрував високу розчинність у воді, хорошу біосумісність та сильне ослаблення рентгенівських променів, що використовуються в підсилюванні контрасту комп’ютерної томографії (КТ). Зонди вводили внутрішньовенно мишам, що несуть пухлину CL1-5, та проводили експерименти з виявлення, які включали КТ-зображення та виявлення флуоресценції через 30 хв після ін’єкції. Результати продемонстрували, що флуоресцентні кон'югати наночастинок, що використовуються в якості агентів молекулярної візуалізації для позначення локалізації пухлини за допомогою КТ-візуалізації, можна легко спостерігати на КТ-зображеннях неозброєним оком (108).

    Цистеїнова протеаза - ще один біомаркер, який сильно регулюється в клітинах пухлини та навколишньому матриксі клітин підтримки пухлини при багатьох типах раку (109). Флуоресцентні контрастні речовини, які можуть бути корисними для динамічного моніторингу in vivo і використовуються як контрастні речовини для візуалізації для FGS, можуть покращити показники виявлення пухлин (110). Дослідники розробили та синтезували серію NIR флуоресцентних зондів, використовуючи прихований лізосомотропний ефект для сприяння збереженню клітиною активації протеази. Ці зонди демонструють специфічне для пухлини утримання, швидку кінетику активації та швидкий розподіл системи. Крім того, вони можуть бути використані для виявлення багатьох видів раку, включаючи рак молочної залози, товстої кишки та легенів (110).

    Висновки

    Таблиця II.

    Порівняння трьох різних барвників на основі флуоресценції.

    Таблиця II.

    Порівняння трьох різних барвників на основі флуоресценції.