131I-gelabelde anti-VEGFR2 mesoporeuze silica-nanodeeltjes tonen sterke antitumoractiviteit in een muismodel voor anaplastische schildklierkanker

Samenvatting

Anaplastische schildklierkanker (ATC) is een zeldzame maar uiterst dodelijke maligniteit, met een mediane overleving van minder dan zes maanden vanwege agressieve groei en resistentie tegen conventionele therapieën. We hebben mesoporeuze silica-nanodeeltjes (MSNs) ontwikkeld die functioneel zijn gemaakt met bovine serumalbumine (BSA) en een anti-VEGFR2-antistof, en vervolgens geradiolabeld met jodium-131 (¹³¹I). In vitro en in vivo experimenten toonden verbeterde tumortargeting, verlengde tumorretentie en superieure therapeutische effectiviteit in FRO-gederiveerde ATC-xenografts. Vergeleken met vrij ¹³¹I of niet-getargete MSNs, bereikten de anti-VEGFR2-gedecoreerde nanodeeltjes een hogere tumorradioactiviteit (32,2 ± 2,8% ID/g na 24 uur) en verlengden de mediane overleving significant (41 dagen vs. 25 dagen). Deze bevindingen ondersteunen het potentieel van getargete geradiolabelde MSNs als een nieuwe, minimaal invasieve behandeling voor ATC.

Achtergrond

ATC staat voor ~2% van de schildklierkankers, maar is verantwoordelijk voor de meeste schildkliergerelateerde doden, door snelle locale invasie en afstandsmetastasen. Traditionele radiojodtherapie is oneffectief omdat ATC-cellen de jodopnamemechanismen missen. Angiogenese, gedreven door VEGF/VEGFR2-signalering, handhaaft tumorgroei; daarom is VEGFR2 een rationeel therapeutisch doelwit. Mesoporeuze silica-nanodeeltjes combineren een hoge laadcapaciteit, biocompatibiliteit en gemakkelijke oppervlaktefunctionalisering, wat ze ideale voertuigen maakt voor gecombineerde imaging en therapie (theranostica).

Materialen en methoden

Nanodeeltjepreparatie

MSNs werden gesynthetiseerd via een CTAB-getemplateerde sol-gelmethode, wat resulteerde in uniforme spheren (~108 nm). Oppervlakteaminering met APTES produceerde MSNs-NH₂, die vervolgens geconjugeerd werden met BSA en een anti-VEGFR2-antistof via EDC/NHS-chemie, resulterend in BSA-MSNs-anti-VEGFR2. Radiolabeling met ¹³¹I werd bereikt door de Chloramine-T-methode, met een labelingefficiëntie van 50–75%.

Karakterisatie

Transmissie-elektronenmicroscopie bevestigde de sferische morfologie; dynamische lichtverstrooiing toonde grootte toenem van 108 nm naar 163 nm na volledige functionalisering. Zeta-potentiaal verschuifde van -23 mV naar +28 mV, wat succesvolle conjugatie bevestigde. BET-analyse onthulde een oppervlakte van 630 m²/g en een poriegrootte van 2,8 nm.

In vitro-opname

FRO ATC-cellen werden geïncubeerd met FITC-gelabelde nanodeeltjes. Confocalmicroscopie toonde robuuste cellulaire internalisatie, waarbij de anti-VEGFR2-getargete deeltjes aanzienlijk sterkere fluorescentie vertoonden na zowel 1 uur als 6 uur vergeleken met niet-getargete controles.

In vivo-studies

Vrouwelijke BALB/c kaalmuizen met subcutane FRO-xenografts kregen intratumorale injecties van 7,4 MBq ¹³¹I-BSA-MSNs-anti-VEGFR2, ¹³¹I-BSA-MSNs, of vrij ¹³¹I. Tumorgroei, lichaamsgewicht en overleving werden elke drie dagen gemonitord. SPECT/CT-imaging en γ-teller biodistributie-assays werden uitgevoerd na 24 uur, 72 uur en tot 21 dagen post-injectie.

Histopathologie

Post-mortem H&E en immunohistochemische kleuringen beoordeelden tumornecrose en VEGFR-expressie, terwijl belangrijke organen werden onderzocht op toxiciteit.

Resultaten

Nanodeeltjeskarakteristieken

MSNs behielden een uniforme morfologie; oppervlaktemodificaties verhoogden de grootte tot 163 nm en keerden het zeta-potentiaal om naar +28 mV. BET bevestigde een mesoporeuze architectuur. De nanodeeltjes waren wekenlang stabiel zonder aggregatie.

Targeting en opname

Confocal imaging onthulde sterkere groene fluorescentie voor anti-VEGFR2-gedecoreerde deeltjes, wat verbeterde binding aangeeft. Tijdsafhankelijke radioactiviteitsmetingen toonden piekopname op 3 uur (BSA-MSNs) en 5 uur (BSA-MSNs-anti-VEGFR2), waarbij de laatste hogere absolute tellingen vertoonde.

Weefseldistributie

Na 24 uur was de tumorradioactiviteit 32,2% ID/g voor de getargete groep vs. 26,1% voor niet-getargete. Na 72 uur daalde dit naar 23,0% ID/g (getarget) en 12,3% ID/g (niet-getarget), beide significant hoger dan vrij ¹³¹I (11,6% en 2,1% ID/g).

In vivo-imaging

SPECT/CT toonde persistente tumorradioactiviteit voor getargete nanodeeltjes tot 3 weken, terwijl vrij ¹³¹I al na dag 3 was gecleared.

Therapeutische effectiviteit

Tumorvolumes in de getargete groep stabiliseerden en regrediëerden na dag 9, terwijl niet-getargete en vrij-¹³¹I-groepen doorgingen te groeien. Mediane overleving: getarget 41 dagen, niet-getarget 34 dagen, vrij-¹³¹I 25 dagen, fysiologische zoutoplossing 27 dagen (P < 0,01).

Veiligheidsprofiel

H&E van hart, lever, long en nier toonden geen pathologische veranderingen. Tumoren behandeld met getargete nanodeeltjes vertoonden uitgebreide necrose en verminderde levende celdichtheid.

Discussie

Targeting van VEGFR2 met geradiolabelde MSNs verbetert de tumorretentie en therapeutische index in ATC aanzienlijk, en presteert beter dan conventionele radiojodtherapie. De dubbele imaging/therapie (theranostische) mogelijkheid laat real-time monitoring van medicamentbiodistributie toe. De afwezigheid van systemische toxiciteit suggereert een gunstige veiligheidsmarge voor klinische vertaling. Toekomstig werk zal intraveneuze afgifte en lading met antikankermiddelen verkennen.

Conclusies

We hebben met succes BSA-MSNs-anti-VEGFR2 geradiolabeld met ¹³¹I geproduceerd die superieure tumortargeting, verlengde retentie en duidelijke antitumoractiviteit vertonen in ATC-xenografts, met verlengde overleving en geen detecteerbare systemische toxiciteit. Dit platform vertegenwoordigt een veelbelovende nieuwe strategie voor de behandeling van agressieve schildklierkankers.

Afkortingen

• APTES – Aminopropyltriethoxysilaan
• ATC – Anaplastische schildklierkanker
• BSA – Bovine serumalbumine
• CLSM – Confocale laserscanningmicroscopie
• CTAB – Hexadecyltrimethylammoniumbromide
• DAPI – 4,6-Diamidino-2-fenylindol
• DLS – Dynamische lichtverstrooiing
• DMEM – Dulbecco's modified Eagle medium
• DMSO – Dimethylsulfoxide
• EDC – 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimidehydrochloride
• FBS – Foetale kalfserum
• FITC – Fluoresceïneisothiocyaan
• HBSS – Hanks' balanced salt solution
• MSNs – Mesoporeuze silica-nanodeeltjes
• NHS – N-hydroxysuccinimide
• PBS – Fosfaatgebufferde zoutoplossing
• TEM – Transmissie-elektronenmicroscoop
• TEOS – Tetraethylorthosilaat
• VEGFR – Vascular endothelial growth factor receptor