黑色素瘤是一種最令人擔憂的皮膚癌，病因是黑色素細胞生長失控。雖然黑色素瘤患者可從現有的免疫療法中得到幫助，但到目前為止，并非所有患者都能受益，有超過50%的患者對目前的免疫療法藥物沒有反應，而在最初有反應的患者中，有許多也產生了耐藥性。因此，除了開發更有效的免疫療法，還需要醫生能夠判定哪些患者在開始治療時反應良好，哪些患者保持或停止反應，以便做出最佳的治療方案。

由于黑色素瘤患者皮膚癌變的損傷部位很容易察覺，所以根除癌變的有效方法可能是局部應用免疫療法，而不是將藥物注入患者血液進行系統性循環。此外，通過靈敏、連續地測量不同的生物標志物——標志著預期的免疫細胞激活和理想的炎癥反應，來監測免疫系統對腫瘤部位治療的反應，可以實現更好、更個性化的患者護理。

據麥姆斯咨詢報道，近日，美國哈佛大學韋斯生物啟發工程研究所（Wyss Institute at Harvard University）、麻省理工學院（MIT）和波士頓布萊根婦女醫院（Brigham and Women's Hospital）組成的一支研究團隊開發出一種新型療法，該方法集成了微創、無痛的微針平臺，能夠從皮膚深層吸收細胞周圍含有生物標志物的液體，同時采用超靈敏的單分子檢測方法（如分子免疫陣列（singlemoleculearray，Simoa））檢測罕見的但與疾病相關的生物標志物，新的檢測方法靈敏度遠高于傳統方法。研究人員通過創建小鼠黑色素瘤模型，利用新型療法治療其癌變，從而為該新型療法提供概念驗證。該療法局部作用于腫瘤病變部位，它結合了非侵入性聚焦超聲（FUS），遞送先前開發的納米顆粒（NP）結合的炎癥誘導蛋白激活劑——干擾素基因刺激因子（STING），在腫瘤部位產生熱量，立即殺死腫瘤細胞。相關研究成果發表在Advanced Functional Materials期刊上。

使用微針從黑色素瘤病變中采集生物標志物分子，并通過超靈敏的單分子檢測方法進行檢測

領導這項研究的哈佛醫學院（HMS）醫學副教授、麻省理工學院醫學工程與科學研究所（Institute for Medical Engineering and Science，IMES）的首席科學家、哈佛大學韋斯生物啟發工程研究所助理教員Natalie Artzi博士說道：“利用這種新型療法，使用微針可以快速讀取黑色素瘤的治療反應，并能進行有效的藥物篩查和患者分層，可最大限度地提高治療效果?！?/p>

局部免疫療法

Artzi及其團隊成員利用以前的一些開創性方法和專業知識，首先開發了一種針對黑色素瘤的局部應用免疫療法。在最近出版的論文中，他們提到了一種在免疫細胞中激活該蛋白的更有效方法，該方法建立在炎癥誘導蛋白激活劑——干擾素基因刺激因子——有助于殺死腫瘤細胞這一已知事實的基礎上。干擾素基因刺激因子的天然激活劑（激動劑）在體內不夠穩定，需要高劑量給藥，但是這會產生副作用。該研究團隊的解決方案是通過納米顆粒遞送多個拷貝的合成干擾素基因刺激因子激活劑——合成環狀二核苷酸（CDN），通過易于穿過質膜的納米顆粒，在工程酶促反應的幫助下，將物質釋放到細胞內。這種環狀二核苷酸-納米顆粒治療劑可以直接注射于癌變皮膚或附近皮膚，以增加腫瘤中的藥物濃度。

該論文的第一作者、BioDevek初創公司的研究科學家Daniel Dahis博士在以色列理工學院（Israel Institute of Technology）教授、醫學成像專家、該論文的合著者Haim Azhari博士的指導下，與Artzi一起通過該項目完成了研究生工作。他說：“在該項研究中，我們通過聚焦超聲結合干擾素基因刺激因子激活劑在腫瘤微環境（TME）中遞送，以促進對垂死腫瘤細胞抗原的處理，同時協調更廣泛的免疫反應?！?/p>

該研究團隊首先表明，聚焦超聲治療可使皮膚小面積溫度瞬時升高至60°C，增強了環狀二核苷酸-納米顆粒治療在培養皿中免疫細胞和癌癥細胞的共培養、以及在小鼠黑色素瘤腫瘤中的效果，他們采用了這種聯合治療法。重要的是，在治療后60天，所有只接受聚焦超聲治療的動物都已死亡，而只接受環狀二核苷酸-納米顆粒治療的動物中有75%依然存活，而聯合治療法使該受試組動物達到100%的存活率。

深入挖掘皮膚生物標志物

為了研究聯合治療法的存活要點是否體現在腫瘤部位的生物標志物水平上——這在未來可能轉化為對接受免疫療法的人類患者反應的監測，Artzi的研究團隊之前開發了一種由透明質酸制成的新型微創微針，原則上可用于同時遞送藥物和檢測生物標志物。該微針可到達皮膚的真皮層，聚合物在此處會與皮膚細胞周圍的液體（即皮膚間質液（ISF））相遇，它會像海綿一樣，吸收少量皮膚間質液。Dahis說：“僅用微針獲得的幾微升皮膚間質液就可提供豐富的生物標志物信息，因為正常皮膚細胞、局部免疫細胞和癌癥細胞不斷分泌不同的信號分子和代謝產物。取回微針后，可以簡單地溶解微針的尖端，將捕獲的分子釋放到試管中，以便我們開始生物標志物分析?！?/p>

研究人員設計了一種基于新型微針的策略來監測對局部應用的黑色素瘤免疫療法的免疫反應

然而，盡管研究人員發現聚焦超聲明顯增加了環狀二核苷酸-納米顆粒在腫瘤中引發的免疫反應，但使用傳統方法幾乎無法檢測到或根本檢測不到許多有意義的生物標志物，例如被激活的干擾素基因刺激因子蛋白激活基因。為了克服這一瓶頸，Artzi的研究團隊與韋斯生物啟發工程研究所核心教員David Walt博士聯手，David Walt博士之前開發了具有超靈敏生物標志物檢測能力的分子免疫陣列技術。分子免疫陣列本質上允許研究人員用一種特異性抗體分子捕獲有意義的生物標志物蛋白，該特異性抗體分子與一個比抗體本身大得多的磁珠相連。然后，在第二類檢測抗體的幫助下，將結合蛋白“夾”在多孔板的各個孔中，每個孔只能容納一個磁珠?？贵w探測器可在孔中產生熒光信號的酶標記。因此，分子免疫陣列能夠在單分子水平上對單個生物標志物蛋白進行數字計數，這遠遠超過了常用檢測方法的靈敏度。

Walt團隊的合著者Tal Gilboa博士開發了四種分子免疫陣列檢測方法，以檢測由干擾素基因刺激因子激活的分子表達：干擾素-b（IFN-b）、人巨噬細胞趨化蛋白-1（MCP-1）和枯否細胞（KC），它們都能吸引免疫細胞進入腫瘤，以及一般炎癥標志物白細胞介素-6（IL-6）。事實上，這使研究人員能夠在微針提取的皮膚間質液樣本中檢測到這些生物標志物，與常用的檢測方法相比，靈敏度提高了100到1000倍，并且這些測量結果反映了血液樣本中相同生物標志物的平行分子免疫陣列測量。Dahis說：“令人震驚的是，具有最明顯促炎反應的動物也是存活時間最長的動物。”

哈佛醫學院（HMS）Hansj?rg韋斯生物啟發工程研究所教授、布萊根婦女醫院的病理學教授、霍華德·休斯醫學研究所（HHMI）教授Walt說：“Artzi實驗室卓越的微針技術包含工程納米結構，原則上可以實現藥物遞送和微量采樣——這是一個全新的治療概念，為黑色素瘤的治療提供了理想的、非侵入性且全面的解決方案。”Walt與合著者Rushdy Ahmad博士共同領導了韋斯生物啟發工程研究所診斷加速器——旨在縮短包括癌癥在內的多個疾病領域所需的診斷時間。

新型微針可同時實現藥物遞送和生物標志物檢測

韋斯生物啟發工程研究所創始董事、醫學博士Donald Ingber介紹道：“這項工作是我們在韋斯生物啟發工程研究所努力實現的跨學科合作和尖端技術融合的一個典型例子。這一新進展有可能通過直接評估個體患者的治療效果，將癌癥免疫療法的質量提高到一個新的水平?！?/p>

醫學博士Donald Ingber是哈佛醫學院和波士頓兒童醫院（Boston Children's Hospital）猶大·?？寺↗udah Folkman）血管生物學教授，也是哈佛大學約翰保爾森工程與應用科學學院、Hansj?rg韋斯生物啟發工程研究所仿生工程教授。

審核編輯：彭菁