放射治療後周邊浸潤小島腫瘤微環境之研究與治療
高度惡性膠質瘤(WHO分級III-IV)為成人惡性腦癌中最頻繁及常見的類型，目前仍是臨床上的一大難題。不同於乳癌、黑色素瘤與攝護腺癌的治癒率在過去十幾年間已顯著地提升，高度惡性膠質瘤的治癒率於近十年內仍然很低並且難以提高。雖然病人的存活率與腫瘤組織類型分級有關，但膠質瘤細胞侵襲到鄰近正常腦組織區域，稱之為腫瘤浸潤前沿（invasion
tumor front），被認為是目前臨床治療(包括神經外科手術、放射治療及化學治療)失敗的主要原因。瞭解腫瘤浸襲鄰近正常腦組織的行為及發展以此浸潤區域為標的的新型療法，對高度惡性膠質瘤的治療變得更為重要，但前提是需要一個適當的臨床前研究動物腦癌模式。計畫主持人實驗室近來建立一株新的小鼠神經膠質瘤模式，ALTS
1.
建立臨床前的高侵入性腦腫瘤模型，以利發展針對侵入性腦腫瘤的治療計劃研發。
2.
探討放射治療單獨使用或合併化療藥劑(TMZ)對腫瘤浸潤前沿微環境的影響。
3.
發展應用由骨髓細胞分化的單核球細胞做為藥劑細胞載體的多功能治療平台來治療侵襲性的腦瘤。
經由此一計劃的執行，我們期望能發展出一個多功能的治療平台，能有效率治療放射治療引發的侵襲性腦癌細胞的方法，以一進步提升現有腦癌的治癒率。
探討一氧化氮極化的M2型腫瘤巨嗜細胞在復發腫瘤中的雙重特性
Double faces of NO-polarized M2 TAMs in recurrent tumors
M1型腫瘤巨嗜細胞(TAMs)所釋放的一氧化氮(N0)是此類腫瘤巨嗜細胞可以毒殺癌細胞的一個重要分子。相反的，M2型腫瘤巨嗜細胞所釋出的一氧化氮卻能促進腫瘤的生長。區域一氧化氮濃度的差異或癌細胞本身差異常作為解釋一氧化氮具有相反生物功能的一個原因，但真正的有效濃度卻未曾被精確的報導過。在我目前執行的國衛院的計畫中，發現利用一氧化氮生成脢抑制劑，L-NAME，抑制一氧化氮的產生可促進腫瘤放射治療的治癒率，但卻降低細胞激素-3主導的tk/GCV基因化療效率。利用放射治療與基因化療法二種不同的治療方式，我們發現在接受過治療的腫瘤中皆含有原先不表達iNOS基因的M2型的腫瘤巨嗜細胞被極化成能表達iNOS基因的M2 腫瘤巨嗜細胞，我們將它們稱為，“一氧化氮極化的M2型腫瘤巨嗜細胞”，但此細胞在這二種治療中卻扮演著相反的功能。此一結果顯示一氧化氮對腫瘤巨嗜細胞功能的影響不應只是濃度一個因素，它所處的微環境也可能扮演著相當重要的角色。由於一氧化氮在細胞作用的訊息傳遞路線相當的複雜，以致於我們無法立即下 “抑制一氧化氮的生成對腫瘤的療效是好還是不好”的結論。因此進一步的研究一氧化氮對腫瘤巨嗜細胞作用的分子訊號傳遞路徑，及其與腫瘤巨嗜細胞微環境的相互調控關係，將有助於釐清調控一氧化氮的產量在不同治療療程中所扮演的角色。因此在此一展延計畫中，我們將詳細檢驗我們所提出的假說“不同治療療程所產生的微環境會影響到一氧化氮對腫瘤巨嗜細胞的調控路徑”。此計畫若能順利完成將會是第一個研究證實一氧化氮對腫瘤生長的影響是受到腫瘤巨嗜細胞附近微環境的調控。為了達成此一目標，本計畫設定了三個特定目標，分別為：
1. 釐清一氧化氮影響腫瘤巨嗜細胞的分子訊號傳遞路線。
2. 找出在tk/GCV基因化療法中造成一氧化氮極化的M2型腫瘤巨嗜細胞具有不同於放射治療中所造成一氧化氮極化的M2型腫瘤巨嗜細胞不同功能的影響分子。
3. 釐清一氧化氮極化的M2型腫瘤巨嗜細胞在復發的腦瘤中是否有類似於在復發攝護腺癌中相同的特性。
Double faces of NO-polarized M2 TAMs in recurrent tumors
NO produced by M1 tumor-associated macrophages (TAMs) is a critical mediator for the cytotoxic activity of TAMs against cancer cells. Conversely, NO produced by M2 TAMs could promote tumor progression. The local concentration of NO was frequently used to explain this biphasic nature of NO, but the threshold concentration has never been determined. In my current NHRI IRG (2009/1/1 ~ 2011/12/31), entitled “TAMs: target and vector in cancer radiotherapy”, we found that the inhibition of NO production by NOS inhibitor, L-NAME, could enhance the efficacy of radiation therapy (RT), but diminish the therapeutic effect of IL-3-mediated prodrug therapy. Using two treatment protocols, RT and tk/GCV therapy, we found that both therapies could cause non-iNOS expressing M2 TAMs to express iNOS, but they have different effects on tumor growth. This indicates that the effect of NO on TAMs is not only dependent on local concentration, but also nearby microenvironmental context. The complexity of the NO signaling pathway and its dependence on environmental context gives us pause before concluding that the inhibition of NO production by TAMs is a promising therapeutic strategy for all tumors or therapies. Thus, a more thorough molecular understanding of NO signaling in TAMs and tumor microenvironments after different therapies with divergent responses to NO-associated therapies is necessary. In this renewal grant, we aim to examine the hypothesis that different microenvironments resulted from different treatment protocols or different types of tumors can influence the effects of NO-polarized M2 TAMs on tumor growth. The success of this study will be the first to demonstrate that the opposite role of NO on tumor growth depends on the environmental factors nearby TAMs. To achieve this goal, three specific aims are proposed.
1. To illustrate the molecular signaling pathways of NO on TAMs function.
2. To identify effective factors that are responsible for the opposite effects of NO-polarized M2 TAMs in recurrent tumors of tk/GCV therapy.
3. To verify whether the roles of NO-polarized M2 TAMs in recurrent prostate tumors also occur in glioma.
發展仿生性多分子自組裝聚合體與奈米金顆粒作為超音波與巨嗜細胞主導的腫瘤治療藥劑－用缺氧趨化性巨噬細胞做為發展仿生性多分子聚合體與金奈米顆粒之細胞載體(總計畫暨子計畫三）
癌症之所以成為治療上最複雜的疾病之ㄧ的一個重要因素是腫瘤內微環境的異質性（例如氧濃度的分佈差異），此種異質性不只是在空間或時間上的變異，並且會因應各種細胞毒殺的治療而改變，因此開發更新型的治療藥劑以針對腫瘤內微環境的異質性是一個新的思考方向。一個有效的治療藥劑除了需要具備有效的癌細胞毒殺能力外，也必須具備專一性地攻擊標靶，並能達到最高劑量（例如缺氧區也能獲得足夠的有效劑量），而且最好是可被有效的引導到標靶位置，並設計出能針對標靶區特殊的環境應答的藥物釋放機制。這個計畫的總體目標是建立奈米金粒球作為光熱動力療法的試劑(子計畫1)，感應性的高分子液胞作為化學治療試劑或超音波對比劑氣胞的載體(子計畫2) ，高分子液胞及奈米金粒球可以分別利用腫瘤專一的核酸適體或細胞表面受體抗體(子計畫1 和2)，或缺氧趨化性巨嗜細胞（一種免疫細胞專門尋找位於缺氧環境的癌細胞）(子計畫4)，專一性地傳送治療試劑到癌細胞位置或腫瘤缺氧區域，再經由超音波影像系統偵測(子計畫3)，當最大劑量的治療藥劑累積到標靶目標區，治療試劑可藉由腫瘤微環境獨有的特性(例如低pH 值) (子計畫2)，或是由超音波觸發(子計畫3)而被釋放出來。這項計畫結合了兩名化學學者 (子計畫1 和2)去建立奈米金粒球、感應性的高分子液胞及標靶試劑；一名物理學者 (子計畫3)去建立超音波系統；及一名生物學者(子計畫4)去培養缺氧趨化性巨嗜細胞當作創新型生物體傳遞系統，並輸送治療試劑到大部分載體無法到達的區域，即為缺氧區域，以達到完全根除腫瘤細胞的目標。我們相信這個治療方法到目前仍尚未被提出，而對於當前以惡性腫瘤作為標靶對象的研究，將會是個大的挑戰及期待。這個計畫的成功不只是在缺氧腫瘤治療領域上開創一條新的治療途徑，也加強仿生性高分子聚合體、奈米金粒子、超音波及巨嗜細胞的發展以及提高於生物醫學上的應用。這個計畫最大挑戰的地方為如何將三種系統整合為一。舉例來說，由其中一位主持人邱信程教授(子計畫2)最近的發表已證明建立酸鹼應答的高分子液胞可能性，另外建立標靶性的液胞於超音波影像及治療也是可行的(子計畫3)，然而建立一個高分子液胞，將氣胞及治療試劑包覆於高分子液胞內，到目前尚未被發表過。而我們的抱負實際上更大，將利用缺氧趨化性巨嗜細胞作為生物的輸送系統運送這些高分子液胞與奈米金顆粒球，並且利用臨床前的攝護腺腫瘤模式來測試治療的效果。
