通过低强度超声在体内选择性抑制胶质瘤细胞

《Ultrasound in Medicine & Biology》：Selective Inhibition of Glioma Cells In Vivo via Low Intensity Ultrasound

【字体：大中小】 时间：2026年05月25日 来源：Ultrasound in Medicine & Biology 2.4

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　　郝张|朱俊豪|齐冰|尹军|万秀伟|白楠|陆天健|盖伊·M·杰宁|马启远|刘绍宝中国南京航空航天大学航空航天结构力学与控制国家重点实验室，南京摘要癌症仍然是导致早逝的主要原因之一，部分原因是难以在杀死癌细胞的同时保护健康组织。传统的癌症治疗方法往往会对健康细胞造成附带损伤

郝张|朱俊豪|齐冰|尹军|万秀伟|白楠|陆天健|盖伊·M·杰宁|马启远|刘绍宝

中国南京航空航天大学航空航天结构力学与控制国家重点实验室，南京

摘要

癌症仍然是导致早逝的主要原因之一，部分原因是难以在杀死癌细胞的同时保护健康组织。传统的癌症治疗方法往往会对健康细胞造成附带损伤，无法实现选择性攻击。本文证明，低强度脉冲超声（LIPUS）在调至0.3 MHz频率时可以选择性抑制小鼠胶质瘤细胞，在调至0.7 MHz频率时可以抑制人类胶质瘤细胞。实验表明，LIPUS在体外实验中使小鼠和人类胶质瘤细胞的存活率降低了超过25%（p < 0.001），而对正常神经胶质细胞的存活率影响不到5%。在采用人类胶质瘤细胞的皮下异种移植小鼠模型中，LIPUS在0.7 MHz频率下使肿瘤重量减少了31.1%（p < 0.05），并且能够在体内诱导细胞凋亡。这一基于声学的选择性癌细胞抑制机制显示出治疗胶质瘤的潜力，同时对周围健康脑组织的损伤最小。

引言

癌症仍是导致早逝的主要原因之一[1]，部分原因在于难以在杀死癌细胞的同时保护健康组织。包括放疗、化疗、免疫疗法和手术在内的传统癌症治疗方法通常会对健康细胞造成附带损伤，无法实现选择性攻击。最先进的治疗策略，如基因疗法和靶向药物递送，虽然将癌症治疗模式从广泛性治疗转变为精准干预[2,3]，但基因编辑工具和药物载体都可能受到免疫系统的攻击。作为应对这一关键挑战的方法，机械疗法作为癌症治疗的潜在策略应运而生[4]。

然而，这些方法目前尚不成熟。尽管循环拉伸和冲击波治疗在动物模型中显示出抑制肿瘤的效果，但它们缺乏选择性，对健康组织和癌组织都会造成类似程度的损伤[5,6]。因此，人们开始探索使用超声作为更具选择性的方法。高强度聚焦超声（HIFU）已在临床用于前列腺、乳腺、肝脏、胰腺、骨骼和脑肿瘤的消融[7][8][9][10][11][12]。通过产生强烈的局部加热和破坏性空化效应[13]，HIFU可以诱导细胞裂解、增加化疗药物的吸收[9]并刺激全身抗肿瘤免疫反应[8,14]。但其主要依赖于热效应，可能会对目标区域内的所有细胞类型造成无差别的损伤，并对肿瘤周围的关键结构构成风险。因此，HIFU在实现细胞水平的选择性方面仍面临挑战。为了提高选择性，研究方向转向利用超声的机械效应及其区分细胞类型的潜力。超声能够区分癌细胞和健康细胞的潜力源于它们在结构和机械特性上的内在差异，这些差异可能导致不同的共振反应[15]。这些差异可能源于细胞骨架组织的差异、肌动蛋白收缩力的不同以及细胞成分之间的声阻抗不匹配，这些因素会影响细胞核的振动[4,16]。低强度脉冲超声（LIPUS）为利用这些细胞差异进行癌症治疗提供了独特的机会。与HIFU不同，LIPUS可以在不引起无差别热损伤的情况下传递机械能量，从而有可能更精准、更选择性地靶向癌细胞[17]。

LIPUS在治疗多形性胶质瘤（GBM）等胶质瘤方面显示出特别的前景[18]。GBM的浸润性生长特性（癌细胞深入周围脑组织）使其极难治疗[19]。这种浸润性生长模式使得完全手术切除几乎不可能，导致不可避免的复发和不良预后[20]。传统的放疗和化疗等方法往往因无法有效靶向分散的癌细胞同时保护健康脑组织而效果不佳[1,21]。基于LIPUS的方法有望实现胶质瘤细胞的选择性攻击，从而解决GBM治疗中的长期难题。

在本研究中，我们探讨了利用LIPU激发核共振选择性抑制胶质瘤细胞的机制。首先我们在体外实验中检测了胶质瘤细胞和正常神经胶质细胞对不同频率LIPU的反应差异，随后将这一发现扩展到体内小鼠模型，评估其对肿瘤生长和细胞凋亡的影响。我们的研究结果为利用机械疗法进行靶向癌症治疗迈出了重要一步。

章节摘要

细胞培养

小鼠微神经胶质细胞（BV2）、小鼠胶质瘤细胞（GL261）、人类微神经胶质细胞（HMC3）和人类胶质瘤细胞（U87）（来自中国武汉Procell生命科学技术有限公司）在含有10%胎牛血清（FBS，Gibco，美国）和1%青霉素-链霉素（Gibco，美国）的培养基（DMEM，Gibco，纽约州格兰德岛）中培养，培养条件为37°C、湿润环境以及5%的二氧化碳（CO₂）。

水浴中的温度和声压测量

一个细胞培养烧瓶（Procell，中国）通过3D打印支架悬挂在水浴表面

LIPU可以在体外选择性杀死胶质瘤细胞

通过将超声激发频率调至0.1-1.2 MHz范围内，我们发现胶质瘤细胞比正常细胞更易受到抑制。采用两种独立的细胞计数方法（Trypan blue染色和CCK-8检测）的结果显示，当胶质瘤细胞（GL261）暴露在0.3 MHz频率的超声下时，其存活率降至约75%（p < 0.001，n = 3），而在其他频率下存活率接近100%。这表明...

结论

本研究表明，频率特定的低强度脉冲超声（LIPUS）是一种非侵入性的胶质瘤细胞选择性抑制方法。实验结果表明，胶质瘤细胞和正常神经胶质细胞具有不同的机械特性和几何结构，这与其不同的核共振频率相对应。在特定频率（小鼠GL261为0.3 MHz，人类U87胶质瘤细胞为0.7 MHz）下，LIPU能够选择性诱导显著的细胞死亡。