武汉大学叶啟发/陈朝吉Adv. Sci.：光热壳聚糖/聚多巴胺纤维海绵用于肝癌切除术中止血及预防肿瘤复发

肝癌切除术是癌症的一种外科手术，在世界范围内经常受到高复发率的困扰。癌症的复发主要归因于肝脏中的隐匿病灶、免疫微环境的变化以及血液中循环的肿瘤细胞。^1，2越来越多的证据表明，癌症患者的肿瘤切除过程可能会无意中导致肿瘤细胞扩散到血液中，这种现象随后升高了循环肿瘤细胞（CTC）的水平，从而增加了局部复发和远处转移的风险¹。此外，由于肝切除术后再生能力增强和免疫微环境改变，未切除的隐匿病灶可能在手术后发展。^2,3

2023年11月29日，武汉大学中南医院肝胆疾病研究院叶啟发教授和武汉大学资源与环境科学学院陈朝吉教授团队在《Advanced Science》杂志在线发表了题为“Photothermal Fibrous Chitosan/Polydopamine Sponge for Intraoperative Hemostasis and Prevention of Tumor Recurrence in Hepatocellular Carcinoma Rep”的工作，武汉大学中南医院肝胆疾病研究院叶啟发教授、钟自彪教授和武汉大学资源与环境科学学院陈朝吉教授为共同通讯作者，武汉大学中南医院肝胆疾病研究院2022级博士生穆兰馨与武汉大学资源与环境科学学院2022级博士生齐鲁荷为共同第一作者。该研究提出了一种新的干预方法，将术中止血与温和的光热疗法（PTT）相结合，有可能同时消融隐匿病灶和改善免疫微环境。此外，与乐伐替尼（LT）的组合可以显著增强抗肿瘤效果。这种综合治疗策略为癌症肝切除术提供了新的见解，为临床管理提供了一种有前景的方法。

【文章要点】

通过加入NaOH溶液和NaIO4，伴随着使用均化器的高速剪切流，将壳聚糖和多巴胺溶液的混合物凝胶化和氧化。所得的复合微纤维经过冷冻和解冻处理，再通过乙醇溶剂交换和环境干燥获得具有互连多孔结构和粗糙表面的CPDS海绵。这种海绵具有高孔隙率、亲水性、高压缩性、机械强度和稳定性，同时具有优异的血液吸收性能和光热转化性能。这些特性使其在协同止血和抗肿瘤治疗方面具有临床应用潜力。

图1. CPDS的结构与性能。图来自于作者。

通过大鼠肝脏打孔和肝脏部分切除模型，验证了CPDS的止血性能。随后，在小鼠的皮下和原位肝癌模型中验证了CPDS用于肝癌切除术中止血及预防肿瘤复发。在0.9 w/cm²的功率密度下，CPDS和周围组织的温度迅速上升到45°C以上。基于CPDS的PTT（CPDS+激光组）显著抑制肿瘤复发，与其他三组相比，肿瘤体积和重量明显较低。同时，评估了基于CPDS的PTT与乐伐替尼（LT）联合使用抑制肝癌复发的效果。仅接受肝切除术的小鼠在15天内出现复发，而PTT和PTT+LT将复发率降低了20%和40%。CPDS-PTT的直接热效应能消除隐藏的病变从而抑制原位复发。对照组发生严重全身转移，而PTT+LT组未观察到转移病灶。H&E染色结果显示对照组的肝脏和肺部大量存在转移性肿瘤细胞。相反，PTT和LT组在肝脏和肺部表现出分散的肿瘤细胞，而在PTT+LT组的肺部很难找到肿瘤细胞。

图2. CPDS在肝不可压缩出血模型中的止血性能。图来自于作者。

图3. CPDS在体外具有良好的光热转换效率和肿瘤杀伤效果。图来自于作者。

图4. 基于CPDS的PTT有效抑制了肝细胞癌切除后的复发，与乐伐替尼联合使用效果更好。图来自于作者。

进一步地，为了消除外科手术的影响，团队建立了一个远处肿瘤模型，⁴并探索了CPDS-PTT联合乐伐替尼的抗肿瘤机制。接受不同处理的原侧肿瘤的生长情况和前文研究结果一致。值的注意的是，对侧肿瘤在没有进行任何处理的情况下其生长也受到了抑制。证明了CPDS-PTT激发免疫的可能性。免疫荧光染色显示，与对照组相比，LT、PTT和PTT+LT组有更多CD8细胞浸润，大多数CD8细胞位于肿瘤边缘。此外，LT、PTT和PTT+LT组肿瘤内的血管密度显著降低。在PTT+LT组的血浆中检测到更高水平的细胞因子TNF-α和IFN-γ。脾脏的流式细胞术分析更准确地证实了整个小鼠的免疫激活。PCR显示ANXA1, HMGB2, 和 HSP90表达升高。因此，猜测CPDS-PTT通过诱导免疫原性死亡激发机体免疫，同时和抗血管生成药物联合可以进一步增强抗肿瘤作用，为肿瘤治疗提供了一种新的有效策略。

图5. 基于CPDS的PTT和乐伐替尼的组合增强了抗肿瘤效果。图来自于作者。

图6. CPDS通过诱导ICD死亡和激活免疫来抑制肿瘤生长。图来自于作者。

【结论与展望】

文章报道了一种新型光热壳聚糖/聚多巴胺纤维海绵，该海绵通过剪切流动诱导纤维和聚多巴胺交联形成，具有增强的机械性能和止血功效的双重功能，同时增强了抗肿瘤活性。这种快速的血液吸收是抵御肿瘤细胞外渗的第一道关键防线。此外，卓越的光热转换性能可以在体内快速上升到45°C以上，使其成为通过热消融隐匿性病变防止肿瘤复发的第二道防线。值得注意的是，温和的PTT诱导免疫激活，产生了一种原位“肿瘤疫苗”。通过诱导DC成熟来促进CTL的增殖和肿瘤浸润，这构成了防止肿瘤复发的第三道防线。值得注意的是，光热CPDS与乐伐替尼的组合可产生更好的全身抗肿瘤效果。通过全身药物应用和局部治疗相结合，原位HCC模型中活小鼠的荧光强度与阳性对照相比降低了94.4%。因此，凭借优异的止血效果、肿瘤消除效果和独特的免疫记忆保护功能，该综合策略为肝癌切除辅助止血和预防肿瘤复发提供了一种很有前途的临床干预措施。

参考文献：

[1] J. T. Kaifi, M. Kunkel, A. Das, R. A. Harouaka, D. T. Dicker, G. F. Li, J. J. Zhu, G. A. Clawson, Z. H. Yang, M. F. Reed, N. J. Gusani, E. T. Kimchi, K. F. Staveley-O'Carroll, S. Y. Zheng, W. S. El-Deiry, Cancer Biol. Ther. 2015, 16 (5), 699.

[2] H. M. Li, Z. H. Ye, Chin. J. Integr. Med. 2017, 23 (7), 555.

[3] D. Wang, X. Zheng, B. Fu, Z. Nian, Y. Qian, R. Sun, Z. Tian, H. Wei, EBioMedicine 2019, 46, 119.

[4] C. He, L. D. Yu, H. L. Yao, Y. Chen, Y. Q. Hao, Adv. Funct. Mater. 2021, 31 (10).