十多年来，研究人员一直在使用发光的纳米粒子康奈尔点(Cornell dots，简称C点)来照亮癌细胞，瞄准肿瘤，甚至诱导细胞死亡。
这张渲染图显示了两个C点，它们编码了不同的靶向系统，分别是alpha-MSH、left和circular RGD，这使得粒子能够跟踪不同的癌症标记。
现在，一个新的C点迭代正在通过基于荧光的多路复用扩大它们的影响，在这个过程中，多个C点被分配去跟踪不同的癌症靶点。
由二氧化硅制成的C点能够追踪癌细胞，因为它们配备了靶向分子，这些分子可以锁定肿瘤细胞表面过剩的蛋白质。由于肿瘤细胞是异质性的，随着疾病的进展，许多化合物在不同的时间过度表达，这一事实可能会使研究变得复杂。因此，只跟踪其中一个标记是有风险的。
部署多个多任务C点可以让研究人员在手术过程中以一种既精确又安全的方式来导航这些变化的变量并同时检测多个癌症标记。这一过程可以帮助外科医生和肿瘤学家对手术后的治疗方案做出更明智的决定。
“我们基本上是采用了C点的首次应用，也就是节点映射，然后进入了下一个阶段，”材料科学与工程领域的斯宾塞·t·奥林(Spencer T. Olin)工程学教授乌尔里希·威斯纳(Ulrich Wiesner)说。“我们不是基于单一的荧光标记，这是针对特定肿瘤细胞上的单一受体过表达的特异性，这里我们可以同时多重观察多个标记，以评估肿瘤的异质性。”
结果发表在12月4日的《科学进展》杂志上的论文《分子表型分析和超声引导下的手术治疗黑素瘤——使用光谱上独特的超细微核壳硅纳米颗粒》。
威斯纳的团队与他的长期合作伙伴马丁·路德·金博士(Dr。纪念斯隆·凯特琳癌症中心(MSKCC)的米歇尔·布拉德伯里和她的团队。他们将C点集中在两种已知在人类黑色素瘤中过表达的不同标记物上:整合素- v和黑素皮质素1受体(MC1-R)。虽然MC1-R主要针对黑素瘤，但alpha-v – beta-3也在其他多种实体肿瘤中表达。
与之前的研究一样，该团队的目标是淋巴系统，因为当肿瘤转移时，癌细胞会脱落淋巴结内的物质，形成可以扩散到全身的继发性病变。
在开始手术之前，研究人员用放射性示踪剂标记了他们的C点，并将它们注射到患者的原发性黑色素瘤附近——在这个病例中，是一只小型猪。研究人员使用了一种结合成像技术——正电子发射断层扫描和基于x射线的计算机断层扫描——来跟踪粒子示踪剂穿过肿瘤引流淋巴管，定位病变淋巴结和其他癌变部位的过程。一旦淋巴结被定位，微型酒被带到手术区，在病灶附近注射两种不同的C点鸡尾酒，每种C点用不同的荧光颜色区分。
这些dots还被编码为两种不同的靶向系统:循环RGD，它寻找整合素阿尔法V，和阿尔法- msh，它寻找MC1-R。借助一个多通道荧光摄像系统是专门为适应多路复用,外科医生后发光C点各自的目标受体的肿瘤细胞表面不同颜色同时显示在这两个标记的表达水平异构性问题。
在淋巴结被移除后，研究人员使用病理学测试来确认标记物的存在，并确定淋巴结内的癌症数量。结果显示肿瘤大小与荧光强度有很强的相关性:信号越强，肿瘤越大。多导C点还使研究人员能够检测到难以捉摸的微转移——直径小于2-3毫米的非常小的肿瘤。研究小组在一些淋巴结发现了小至0.45毫米的微转移。
威斯纳说:“这很重要，因为有很多人质疑，这些颗粒是对肿瘤敏感，还是对淋巴结中因为肿瘤而出现的其他细胞敏感。”“证明了肿瘤负荷和我们测量的荧光强度之间的相关性表明，C点是特定于肿瘤的。”
研究人员在小型猪身上进行了试验，尽可能多地复制人-病人环境，为临床试验铺平道路。
威斯纳说:“这是一项成就，因为几十年来在手术室里使用多路复用光学设备的承诺现在已经被证明是最接近现实的了。”“我们证明了这些多路复用的方法是有效的，而且效果非常好。”
“我们能够使用这些cancer-targeted C点成像的生物标志物检测淋巴结微转移可能允许我们方法分层患者不同治疗手臂和更有效的手术管理决策,“布拉德伯里说,他是论文的文章的第二作者和导演的术中成像和放射学教授斯隆凯特林癌症研究所和威尔康奈尔医学。
论文的共同作者是材料科学与工程系博士后研究员马凯，以及MSKCC的陈峰和布赖恩·马达杰斯基。MSKCC的Snehal Patel是联合高级作者。博士生Melik Z. Turker和来自MSKCC、密苏里大学和Quest Medical Imaging的研究人员也对这篇论文做出了贡献。
这项研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)和斯隆-凯特琳研究所(Sloan Kettering Institute)的支持。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2019/12/multiplexed-c-dots-track-cancer-cells-improve-patient-care