文献信息

贵州大学医学院、北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所，核医学科，国家药监局放射性药物研究与评价重点实验室，恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室、北京大学癌症医院与研究所消化道肿瘤科致癌与转化研究重点实验室等团队合作的研究成果One-Minute Iodine Isotope Labeling Technology Enables Noninvasive Tracking and Quantification of Extracellular Vesicles in Tumor Lesions and Intact Animals（一分钟碘同位素标记技术实现肿瘤病变和完整动物细胞外小泡的无创跟踪和定量）在学术期刊《Molecular Pharmaceutics》（(JCR Q1, SCI IF 5.364)）作为封面文章发表。平生公司的小动物PET/CT（型号：Super Nova）产品在论文中提供了重要的肿瘤小鼠PET/CT图像和定量分析。

该研究的通讯作者为贵州大学杨先腾主任医师、北肿杨志主任、朱华研究员和章程副教授。第一作者为郭倩同学。

文献背景

实时监测细胞外囊泡（EVs）在体内的生物学行为是有限的，这阻碍了其在生物医学和临床转化中的应用。非侵入性成像策略可以为作者提供有关EVs在体内的分布、积累和归巢以及药代动力学的有用信息。在本研究中，使用长半衰期放射性核素碘-124（¹²⁴I）直接标记脐带间充质干细胞衍生的EVs。制造得到的探针，即¹²⁴I–MSC- EV，并在1分钟内准备使用。¹²⁴I标记的MSC-EVs具有高放射化学纯度（RCP，>99.4%），并在5%的人血清白蛋白（HSA）中稳定96h，RCP>95%。作者证明了¹²⁴I-MSC-EV在两个前列腺癌症细胞系（22RV1和DU145细胞）中的有效胞内内化。¹²⁴I-MSC-EV在人前列腺癌细胞系22RV1和DU145细胞中的摄取率分别为10.35±0.78和2.56±0.21（AD%）。有希望的细胞数据促使作者研究这种基于同位素的标记技术在荷瘤动物中的生物分布和体内跟踪能力。利用正电子发射断层扫描（PET）技术，作者发现静脉注射¹²⁴I-MSC-EVs的信号主要在健康昆明小鼠的心、肝、脾、肺和肾中积累，生物分布研究与成像结果相似。在22RV1异种移植物模型中，¹²⁴I-MSC-EVs在给药后在肿瘤中显著积累，并且在注射后48小时获得最佳图像时，肿瘤的标准摄取值（SUVmax）的最大值是DU145的3倍。总之，该探针在EVs的免疫PET成像中具有很高的应用前景。作者的技术为了解EVs在体内的生物学行为和药代动力学特征提供了一个强大而方便的工具，并有助于为未来的EVs临床研究获取全面客观的数据。

实验方法

为了在荷瘤小鼠体内对¹²⁴I-MSC-EV进行Micro-PET研究，在5–6周龄雄性BALB/c裸鼠的右腋下注射5×106个癌症细胞，并在肿瘤生长到直径约0.5–1.0 cm时进行成像。Micro-PET成像研究使用健康雄性KM小鼠、22RV1荷瘤小鼠和DU145荷瘤小鼠，并使用Micro-PET/CT系统（Super Nova，平生医疗科技有限公司，中国）进行成像。在给药前3天，用含有0.5%碘化钾的水溶液喂养小鼠。每只小鼠从尾静脉注射200μL的¹²⁴I-MSC-EVs（～5.55 MBq）。在给药后的不同时间点收集PET图像。将小鼠麻醉并固定在PET/CT扫描床上的俯卧位置，在静态扫描模式下进行PET/CT成像10-20分钟，并进行衰减校正重建。扫描过程中，使用1.5%异氟烷麻醉气体维持麻醉。在图像采集之后，基于CT数据进行衰减校正重建（CT-AC重建）。使用Micro PET/CT数据处理软件描绘感兴趣区域（ROI），绘制肿瘤、肿瘤与肌肉比（T/M）（肿瘤，T/M）。

实验结果

KM小鼠的显微PET/CT成像研究如图4A所示。在注射¹²⁴I-MSC-EVs后2小时，放射性分布主要集中在心、肝、脾、肺和其他器官。ROI测量的一些器官的标准化摄取值MAX（SUVmax）如图4B所示，并且随着时间的推移，所有感兴趣器官中¹²⁴I-MSC-EVs的摄取缓慢下降。2小时后，心脏和肝脏的SUVmax分别为2.05±0.11和1.76±0.05。注射后96h，¹²⁴I-MSC-EVs几乎完全从大多数器官排出，心脏和肝脏的SUVmax分别为0.24和0.22±0.02。图像与生物分布结果一致。

如图4C所示，在所有感兴趣的器官中，¹²⁴I-MSC-EVs的摄取随着时间的推移而减少。注射后2h，血液中放射性药物的摄取量最高，达到15.69±1.06%ID/g，而肌肉（1.58±0.27%ID/g）和大脑（0.48±0.03%ID/g）中的¹²⁴I-MSC-EVs水平较低。心脏（3.63±0.39%ID/g），胃（5.36±0.83%ID/g）、肝脏（3.76±0.43%ID/g）、脾脏（3.00±0.34%ID/g）和肾脏（3.62±0.77%ID/g）。小肠（3.61±0.98%ID/g）以及骨骼（2.84±0.50%ID/g）显示中度摄取。注射¹²⁴I-MSC-EVs后24小时，大多数器官对¹²⁴I-MSC-EVs的摄取量显著下降，尤其是血液（5.92±0.17%ID/g）、胃（0.84±0.0%ID/g）、心脏（1.55±0.23%ID/g）、肝脏（1.14±0.11%ID/g g）、脾脏（1.11±0.19%ID/g）和肾脏（1.18±0.14%ID/g）。在注射后96小时，放射性药物几乎完全从大多数器官排出，但血液（0.97±0.07%ID/g）、小肠（0.65±0.30%ID/g）和骨骼（0.86±0.12%ID/g。KM小鼠在注射后不同时间点的生物分布结果与显微PET/CT图像相似，证实了PET成像和分析的准确性。

图4.KM小鼠中¹²⁴I-MSC-EVs的生物分布和Micro-PET成像。（A）尾静脉注射¹²⁴I-MSC-EVs后2、24、48和96小时KM小鼠模型的Micro-PET/CT成像。（B）注射¹²⁴I-MSC-EV后在KM小鼠模型中成像的感兴趣区域（ROI）的定量分析。（C）¹²⁴I-MSC-EVs在KM小鼠体内的生物分布研究（n=4）。数据表示为平均值±SEM。

基于细胞摄取，作者进一步评估了¹²⁴I-MSC-EVs作为放射性示踪剂在荷瘤小鼠中的微PET/CT成像。如图5A所示，尾静脉注射¹²⁴I-MSC-EVs放射性示踪剂后，在不同时间点（2、24、48和96小时），在22RV1和DU145荷瘤小鼠模型的肿瘤部位和每个器官中的摄取情况通过Micro PET/CT扫描进行监测，两个荷瘤小鼠模型中一些器官的SUVmax数据是通过在显微PET/CT图像中勾勒ROI获得的（图5B−D）。在注射后2h，放射性分布主要集中在心、肝、肺等部位。此时，每个模型的肿瘤摄取量都很低。22RV1和DU145模型中肿瘤的标准摄取值Max（SUVmax）分别为0.47±0.01和0.40±0.03（图5D）。如图5A−E所示，在两个携带肿瘤的异种移植物模型中，¹²⁴I-MSC-EVs的摄取在所有感兴趣的器官（肿瘤除外）中随着时间的推移而减少，但在注射后96小时仍保持在肿瘤中。注射¹²⁴I –MSC-EVs后每个时间点的肿瘤/肌肉（T/M）比率如图5E所示。值得注意的是，22RV1和DU145荷瘤异种移植物模型的肿瘤组织中¹²⁴I-MSC-EVs的摄取存在显著差异。如图5A所示，¹²⁴I-MSC-EVs在22RV1荷瘤小鼠模型的肿瘤区域有明显的摄取，并且肿瘤区域在48小时时有更高的摄取。肿瘤的SUVmax是DU145的3倍（SUVmax分别为1.17±0.02和0.39±0.03）（图5D）。¹²⁴I-MSC-EVs在注射后96小时仍主要留在22RV1荷瘤小鼠模型的肿瘤区域，肿瘤的SUVmax比DU145高3.08倍（SUVmax分别为0.78±0.02和0.24±0.01）（图5D）。此外，作者观察到身体其他组织对¹²⁴I-MSC-EVs的低摄取，这可能表明放射性元素对正常器官和组织的毒性和副作用降低。

图5. 肿瘤模型的显微PET成像。（A） 尾静脉注射后2、24、48和96小时，22RV1和DU145荷瘤小鼠的¹²⁴I-MSC-EVs的显微PET/CT成像（白色箭头表示肿瘤）。（B，C）注射¹²⁴I-MSC-EVs后在22RV1和DU145荷瘤小鼠中成像的感兴趣区域（ROI）（心脏、肝脏、肺、肌肉和肿瘤）的定量分析。（D）通过基于ROI的MicroPET/CT成像的肿瘤的SUVmax。数据以平均值±SEM表示。*P<0.05;**P<0.01;***P＜0.001;****P＜0.001。（E） 22RV1和DU145荷瘤小鼠的Micro-PET/CT图像的肿瘤/肌肉分析。

文献结论

在本研究中，作者开发了一种新的膜放射性标记方法，用¹²⁴I/¹²⁵I成功稳定地标记MSC-EVs。该方法可以定量分析MSC-EVs在体内的药代动力学和生物分布，并在免疫活性和免疫有效小鼠中显示出相似的结果。有趣的是，用¹²⁴I标记的MSC-EVs在22RV1异种移植物肿瘤模型中显示出肿瘤特异性积聚。这种新的膜放射性标记方法简单可靠。更重要的是，它有可能在没有任何工程修改的情况下对任何类型的EV进行放射性标记。这项工作将帮助作者了解许多不同类型电动汽车的体内命运。同时，它将对EVs作为有效的药物递送系统和肿瘤成像的放射性示踪剂的发展有很大帮助。

使用设备

                                                         Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外观图）