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主要作者及研究机构
本研究由Alexander A. Pieper, Nicholas A. Stowe, Sarvesh Periyasamy, Brian M. Burkel, Noah W. Tsarovsky, Ajay P. Singh, Alexander L. Rakhmilevich, Paul M. Sondel, Suzanne M. Ponik, Paul F. Laeseke和John-Paul J. Yu共同完成。研究团队来自威斯康星大学麦迪逊分校的多个院系，包括放射学系、医学物理系、人类肿瘤学系、儿科系、精神病学系、细胞与再生生物学系、生物医学工程系以及神经科学培训项目。研究结果于2024年6月发表在《Journal of Vascular and Interventional Radiology》（J Vasc Interv Radiol）期刊上。
学术背景
乳腺癌是美国女性中最常见的癌症，每年新增病例占女性癌症的三分之一，2023年导致近6万人死亡。乳腺癌的进展依赖于癌细胞与细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）之间的复杂相互作用。ECM的刚度和纤维化程度与患者预后不良密切相关，同时也会阻碍免疫细胞和化疗药物的渗透。尽管ECM在癌症进展中的作用已被广泛认可，但目前尚未开发出直接靶向ECM的安全有效的局部治疗方法。本研究旨在开发一种非侵入性治疗手段，通过聚焦超声（Focused Ultrasound, US）技术改变肿瘤ECM的生物物理特性，从而提高化疗药物的渗透并改善肿瘤免疫微环境（Tumor Microenvironment, TME）。这种技术被称为“histoplasty”，其灵感来源于低强度聚焦超声在脑部神经刺激中的应用。
研究流程
研究分为多个步骤，详细流程如下：
动物模型建立
使用7至8周龄的雌性BALB/c小鼠，将4T1三阴性乳腺癌细胞注射到小鼠的侧腹或乳腺脂肪垫中。肿瘤体积达到目标大小（150 mm³或25 mm³）后，将小鼠随机分组进行实验。
Histoplasty治疗
体外实验中，将切除的4T1肿瘤固定在去气水浴中，使用700 kHz的多元素治疗换能器（Histosonics公司）和同轴对齐的超声成像探头（BK Medical公司）对肿瘤中心进行15秒的亚空化声能处理。体内实验中，麻醉小鼠后对侧腹肿瘤进行相同的histoplasty处理。
胶原纤维形态分析
使用二次谐波生成（Second Harmonic Generation, SHG）显微镜对治疗前后的肿瘤胶原纤维进行成像，并通过CT-FIRE软件定量分析纤维的长度、宽度和密度。
化疗药物渗透实验
在双侧4T1肿瘤小鼠模型中，静脉注射脂质体阿霉素（Doxil），并对右侧肿瘤进行histoplasty处理。通过荧光成像检测阿霉素在肿瘤中的渗透情况，并使用Living Image软件量化荧光通量。
肿瘤免疫微环境分析
将4T1肿瘤小鼠随机分为对照组和histoplasty治疗组，治疗48小时后采集肿瘤，通过流式细胞术分析肿瘤浸润免疫细胞的比例。
生存实验
在自发性转移的4T1乳腺癌模型中，比较对照组和histoplasty治疗组小鼠的肿瘤体积和总体生存期。
主要结果
1. 胶原纤维变化
Histoplasty显著减少了肿瘤基质中的胶原纤维密度，尤其是小胶原纤维的长度和宽度显著降低。
化疗药物渗透
Histoplasty处理的肿瘤中，阿霉素的渗透显著增加，与未处理组相比，荧光通量增加了2.12倍（p = .002）。
免疫微环境改变
Histoplasty显著增加了肿瘤中巨噬细胞的比例（42% vs 33%，p = .022），并减少了髓源性抑制细胞（Myeloid-Derived Suppressive Cells, MDSCs）的比例（7.1% vs 10.3%，p = .044）。CD8+和CD4+ T细胞的比例也有所增加，但未达到统计学显著性。
生存期延长
Histoplasty单次治疗略微延长了小鼠的生存期，但差异未达到统计学显著性（p = .17）。
结论
Histoplasty是一种非消融性聚焦超声技术，能够非侵入性地改变肿瘤ECM的生物物理特性，增加化疗药物的渗透，并改善肿瘤免疫微环境。该技术通过减少胶原纤维密度，促进免疫细胞浸润，为乳腺癌及其他实体瘤的治疗提供了新的辅助手段。
研究亮点
1. 首次提出并验证了histoplasty技术，为非侵入性治疗肿瘤ECM提供了新方法。
2. 证明了histoplasty能够显著增加化疗药物在肿瘤中的渗透。
3. 揭示了histoplasty对肿瘤免疫微环境的调节作用，特别是巨噬细胞和MDSCs的比例变化。
4. 为未来结合免疫治疗（如抗CD47抗体）提供了潜在的应用方向。
其他价值
本研究为开发非侵入性肿瘤治疗技术提供了重要参考，尤其是在提高化疗和免疫治疗效果方面具有广阔的应用前景。未来研究可进一步探索histoplasty与其他治疗手段（如免疫检查点抑制剂）的联合应用，以增强其临床效果。