Machine-learning-assisted single-vessel analysis of nanoparticle permeability in tumour vasculatures

磁导率 纳米颗粒 纳米技术 材料科学 化学 膜 生物化学
作者
Mingsheng Zhu,Jie Zhuang,Zhe Li,Qiqi Liu,Rongping Zhao,Zhanxia Gao,Adam C. Midgley,Tianyi Qi,Jingwei Tian,Zhixuan Zhang,Deling Kong,Jie Tian,Xiyun Yan,Xinglu Huang
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:18 (6): 657-666 被引量:139
标识
DOI:10.1038/s41565-023-01323-4
摘要

The central dogma that nanoparticle delivery to tumours requires enhanced leakiness of vasculatures is a topic of debate. To address this, we propose a single-vessel quantitative analysis method by taking advantage of protein-based nanoprobes and image-segmentation-based machine learning (nano-ISML). Using nano-ISML, >67,000 individual blood vessels from 32 tumour models were quantified, revealing highly heterogenous vascular permeability of protein-based nanoparticles. There was a >13-fold difference in the percentage of high-permeability vessels in different tumours and >100-fold penetration ability in vessels with the highest permeability compared with vessels with the lowest permeability. Our data suggest passive extravasation and transendothelial transport were the dominant mechanisms for high- and low-permeability tumour vessels, respectively. To exemplify the nano-ISML-assisted rational design of nanomedicines, genetically tailored protein nanoparticles with improved transendothelial transport in low-permeability tumours were developed. Our study delineates the heterogeneity of tumour vascular permeability and defines a direction for the rational design of next-generation anticancer nanomedicines.
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