开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 拟研究的问题
肿瘤作为一种极具破坏性的疾病，已经成为世界各地最常见的死亡原因之一。开发低毒、高特异性的治疗策略来有效消除肿瘤，特别是转移瘤，并进一步抑制它们的复发是肿瘤治疗的终极目标[1]。传统的癌症治疗方法包括手术、化疗、放疗及内分泌治疗等，但对患者毒副作用大，在剂量使用上受到一定的限制，显然无法满足上述要求。光动力疗法是一种药械结合的无创抗肿瘤疗法，其机制是将光敏性药物富集在肿瘤局部后，给予相应的激发光源，产生大量活性的单线态氧，单线态氧在细胞内部与生物大分子进行氧化作用，从而导致肿瘤细胞的坏死与凋亡[2]。其中的三要素光敏剂、光、氧气本身并不具有毒性，只有三者同时存在并产生光化学反应时才会对细胞产生显著的毒性，因而较传统治疗方式，光动力疗法具有侵袭性小、肿瘤选择性强的优点，逐渐成为研究者关注的热点之一。然而，光动力治疗的疗效也受多种因素影响，如氧气浓度、光照强度与时间、光敏剂种类以及肿瘤微环境等，而这些因素在一定程度使光动力治疗受到限制。这也激发了研究者们对光动力疗法进行不断地优化。
由于肿瘤生长的不规则性，肿瘤内部的血管分布扭曲，导致肿瘤内部血液和氧气供应不足[3]。此外，研究发现肿瘤细胞具有瓦博格效应（Warburg effect），即在氧气充足的情况下也会进行无氧呼吸消耗大量的氧气[4]，这些因素导致肿瘤内部的缺氧状态。文献报道，当肿瘤细胞处于缺氧状态时，将会导致一系列的不利反应，如加剧肿瘤细胞的侵袭和转移，代谢障碍，基因突变，耐药性和免疫抑制等[5]。此外，作为光动力治疗的三因素之一，氧气的缺乏也会导致光动力疗效的下降。同时，缺氧诱导因子（HIF-1）的表达也是肿瘤细胞光动力治疗生存途径之一[6]，抑制HIF-1的表达也将阻断肿瘤细胞光动力治疗的生存途径，进一步增加对肿瘤的抑制作用。针对肿瘤内部的缺氧现状，我们拟使用可注射产氧凝胶对肿瘤的微环境进行调控，改善肿瘤内部的缺氧情况，从而增加肿瘤内部的光动力疗效。
光动力治疗能够引起一定的免疫反应[7]，具体表现在光动力治疗产生的急性炎症反应[8]。当肿瘤组织接受光动力治疗后，一部分肿瘤细胞凋亡，一部分肿瘤细胞坏死释放炎症因子，该炎症因子由抗原呈递细胞（DC）接收，并由DC呈递给B细胞和T细胞，促进肿瘤免疫反应[9]。文献报道通过将具有肿瘤转移模型的动物置于高氧状态下培养，能显著降低肿瘤在肺部的转移，通过免疫染色和流式检测的方法证明常氧能够促进免疫细胞肿瘤浸润使得转移肿瘤能够被免疫细胞清除，然而在缺氧状态下免疫细胞难以浸润，从而证明呼吸性高氧对肿瘤转移的抑制作用[10]。基于此我们拟通过注射具有产氧功能的凝胶埋植剂，一方面能够增加光动力治疗的疗效，另一方面能够调控肿瘤的微环境，增加免疫细胞的浸润，加强光动力治疗的免疫反应。
- 采用的研究手段
本课题选用具有产氧功能的温敏凝胶制剂作为埋植剂，该凝胶在常温状态下为可流动的粘性液体，当温度达到其胶凝温度后，凝胶将由流动状态变为凝胶状态。通过将其注射至肿瘤的周围，达到定点给药和局部产氧的作用。一方面可以减少给药次数，提高局部药物浓度，增加抑制肿瘤生长的效果。另一方面通过氧气的供给能够改善肿瘤内部缺氧的状况，提高增加免疫细胞浸润，抑制肿瘤细胞免疫逃逸造成的肿瘤转移。
- 文献综述
在1996年，光动力疗法被美国食品与药物管理局（FDA）批准可将光敏剂用于临床治疗肿瘤。由此可见，光动力疗法由于其不同于传统抗肿瘤疗法的独特性质在现代临床中拥有广阔的应用前景。光动力疗法可用于多种肿瘤的治疗如皮肤癌、前列腺癌和乳腺癌等[11-13]。
根据光敏剂不断更新的发展过程，光敏剂一般被分为三个不同的发展阶段。20世纪80年代人们研究发现了第一代光敏剂，其主要成分是血卟啉衍生物及其混合制剂，其独特的荧光特性被应用于肿瘤的诊断，但是该类光敏剂的避光时间较长，且穿透能力受到较大限制，阻碍了其在光动力中的临床治疗。之后研究者设计制备了与第一代不同的单体化合物的第二代光敏剂，多为卟啉类、卟吩类、金属酞菁类衍生物，相较于第一代光敏剂提高了药物的光敏活性来产生更多的单线态氧，延长光敏剂的光波吸收波长，从而增深了光照的深度，组织选择性方面更好。目前正在研究的第三代光敏剂主要是在第二代光敏剂的基础上进行分子识别修饰的主动靶向特异性，从而提高光敏剂在肿瘤部位的富集效果，提高药物对肿瘤选择性的治疗疗效。
光动力疗法不同于以往传统的治疗方法，作为目前较为新颖的抗肿瘤手段，其治疗手段具有下述优势：（1）不存在化疗的耐药性，肿瘤患者即使多次进行光动力治疗也不会产生耐药性，可对肿瘤进行重复治疗直至完全治愈；（2）相比放疗与化疗对肿瘤患者的毒副作用，光动力治疗在无光源下毒性低；（3）光动力疗法可与其他疗法联合进行协同治疗，可减轻药物对正常组织的损伤；（4）对肿瘤有相对的选择特异性，能定向地消灭原发和复发肿瘤，在特定光源下局部治疗，很少损伤正常组织；（5）可保护正常的组织器官；（6）光谱性好，对各种实体瘤均有效果。但目前临床使用的光敏剂对肿瘤组织的靶向性、以及单线态氧产出率还有待增强，受吸收峰限制所需激发光源波长介于400~700nm，对皮肤组织的穿透力还有待提高。
参考文献：
- Chen, Q.,Xu, L.,Liang, C., etc. Photothermal therapy with immune-adjuvant nanoparticles together with checkpoint blockade for effective cancer immunotherapy[J]. Nature Communications, 2016, 713193.
- 刘沛,石磊,张海艳,王秀丽.纳米光敏剂介导光动力治疗皮肤肿瘤安全性与疗效研究进展[J].中国激光医学杂志,2018,27(06):404-412.
- Semenza G L. Hypoxia-inducible factors: mediators of cancer progression and targets for cancer therapy[J]. Trends in pharmacological sciences, 2012, 33(4): 207-214.
- Seyfried T N, Huysentruyt L C. On the origin of cancer metastasis[J]. Critical reviews in oncogenesis, 2013, 18(1-2): 43.
- Wigerup C, Paring;hlman S, Bexell D. Therapeutic targeting of hypoxia and hypoxia-inducible factors in cancer[J]. Pharmacology amp; therapeutics, 2016, 164: 152-169.
- Broekgaarden M, Weijer R, van Gulik T M, et al. Tumor cell survival pathways activated by photodynamic therapy: a molecular basis for pharmacological inhibition strategies[J]. Cancer and Metastasis Reviews, 2015, 34(4): 643-690.
- Hunt D W C, Levy J G. Immunomodulatory aspects of photodynamic therapy[J]. Expert opinion on investigational drugs, 1998, 7(1): 57-64.
- Gollnick S O, Evans S S, Baumann H, et al. Role of cytokines in photodynamic therapy-induced local and systemic inflammation[J]. British journal of cancer, 2003, 88(11): 1772-1779.
- Duan X, Chan C, Guo N, et al. Photodynamic Therapy Mediated by Nontoxic Core-Shell Nanoparticles Synergize with Immune Checkpoint Blockade to Elicit Antitumor Immunity and Antimetastatic Effect on Breast Cancer[J]. Journal of the American Chemical Society, 2016.
- Hatfield S M, Kjaergaard J, Lukashev D, et al. Immunological mechanisms of the antitumor effects of supplemental oxygenation[J]. Science translational medicine, 2015, 7(277): 277ra30.
- Que SKT，Zwald FO，Schmults CD，et al.Cutaneous squamous cell carcinoma: Management of advanced and high-stage tumors［J].J Am Acad Dermat，2018，78( 2) : 249-261．
- Azzouzi AR，Vincendeau S，Barret E，et al． Padeliporfin vascular-targeted photodynamic therapy versus active surveillance in men with low-risk prostate cancer ( CLIN1001PCM301) : an open-label，phase 3，randomised controlled trial［J］.Lancet Oncol，2017，18( 2) : 181-191．
- Meng Q，Meng J，Ran W，et al.Light-activated core-shellnanoparticles for spatiotemporally specific treatment of meta static triple-negative breast cancer［J］． ACS Nano，2018，12( 3) : 2789-2802．
