Au/Fe3O4复合CT/MRI双模态造影剂的制备及其在肿瘤早期探测中的研究

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电子计算机X射线断层扫描技术(CT)用途广泛,是目前临床常用的诊断手段之一,常用于解剖学成像、骨成像和肿瘤成像。但它最大的缺点是软组织对比度较低。磁共振成像(MRI)也是目前广泛应用于临床的无创成像手段。它的软组织对比度高,但价格昂贵,成像时间较长。CT与MRI两者各有优劣,功能互补,将这两种成像结合起来,将具有较高的医学诊断应用价值。目前临床CT常用的造影剂基本均为碘的小分子造影剂。由于小分子碘剂容易被肾脏排除,所以成像时间短。近年来,金纳米颗粒因其相对于碘剂有较高的X射线吸收系数及良好的生物相容性有望成为未来临床CT造影剂。目前临床上使用的MRI造影剂主要有钆剂和超顺磁性纳米四氧化三铁颗粒造影剂。与钆剂相比,而四氧化三铁纳米颗粒因其灵敏度高、生物相容性、超顺磁性等特征,广泛的用于磁共振成像研究。将金纳米颗粒与四氧化三铁纳米颗粒复合后,可以用作MRI/CT双模态造影剂。目前,复合金、四氧化三铁纳米颗粒主要有壳核结构、哑铃型结构和花朵型结构等。而无论采用哪种结构,制备方法都十分复杂,而且复合纳米颗粒的产率较低。在本实验中,我们首先使用热分解法制备憎水金、四氧化三铁纳米颗粒,再采用两性mPEG-PLA两亲性嵌段共聚物,将金纳米颗粒与四氧化三铁纳米颗粒组装成复合纳米团簇。随后,我们探究其于肿瘤早期探测中的应用,主要的研究内容与结果包括:(一)纳米团簇的制备本实验分别利用柠檬酸钠还原法、高温有机热分解法制备不同粒径的亲水、憎水金纳米颗粒。利用高温有机热分解法制备憎水四氧化三铁纳米颗粒。并合成两亲性嵌段聚合物(mPEG-PLA),完成金、四氧化三铁憎水纳米颗粒与mPEG-PLA的组装,制备出金纳米簇、四氧化三铁纳米簇、复合纳米团簇,并讨论纳米颗粒、共聚物的量对纳米簇性质的影响。采用高温有机热分解法制备的金纳米颗粒粒径分别为5.40nm,6.15nm,6.29nm,7.25nm,将其与我们合成的mPEG-PLA(分子量5000-6246)共组装成的金纳米簇,其性质受金纳米颗粒的量、共聚物的量的影响。采用高温有机热分解法制备的憎水四氧化三铁纳米颗粒粒径为9nm,将其与合成的mPEG-PLA(分子量5000-6246)共组装成四氧化三铁纳米簇,其性质受四氧化三铁纳米颗粒的量、共聚物的量的影响。通过稳定性测试,证明该团簇在水中与PBS中都能保持稳定。以上述的研究为基础,制备了Au/Fe3O4复合纳米簇,为了优化纳米簇的包覆效率(EE)和装载能力(LC)以及磁学特性,制备金、四氧化三铁纳米颗粒不同配比的纳米簇。随着金纳米颗粒比重的增加,聚合物对纳米颗粒的包覆效率(EE)和装载能力(LC)呈现先增加后降低又增加的趋势。通过对其横向弛豫率测量表明该造影剂缩短T2时间效果明显,并随着Fe3O4纳米颗粒比重的提高,横向弛豫率呈现升高趋势。磁共振成像研究证明:磁共振信号强度的改变随Fe3O4纳米颗粒比重的提高而增强。而micro-CT成像研究则表明,随Au纳米颗粒比重的提高,成像效果越明显。(二)靶向探针的制备利用两亲性嵌段聚合物MAL-PEG-PLA与金、四氧化三铁憎水纳米颗粒组装,并将RGD多肽偶联在PEG表面,制备出靶向混合纳米簇探针,应用于肿瘤的早期探测。(三)探针特异性通过将靶向、非靶向探针与NCI-H1299细胞共培养,证明探针不具有细胞毒性。并将这两种探针与癌细胞共培养,以普鲁士兰染色、ICP定量、细胞磁共振成像以等定性及定量方式,验证了探针的特异靶向性。并且证明了细胞对探针的吞噬是受体介导的,细胞对探针的吞噬量对共培养的探针具有时间、浓度依赖性。而且细胞对靶向探针的吞噬作用能够被自由RGD多肽竞争性抑制。(四)探针的体内双模态成像效果分别以肝脏及肿瘤为模型,探究探针在体内的MRI/CT成像情况。将非靶向的混合纳米团簇通过尾静脉注射到裸鼠体内后,利用肝部的MRI/CT成像信号值的显著变化,验证了该团簇作为新型MRI/CT双模态造影剂的可行性。而将靶向的探针通过尾静脉注射到裸鼠体内的研究结果表明:该探针能够特异的靶向于肿瘤,注射靶向探针后,探针主要集中于裸鼠的脾脏以及肝部,这是肝脏与脾脏中的网状内皮细胞和吞噬细胞对探针的吞噬引起的。但仍有探针进入到肿瘤靶部位。无论是在磁共振T2成像还是CT成像中,注射了靶向探针的裸鼠,其肿瘤部位的信号值有明显改变。而通过肿瘤切片的普鲁士蓝染色证明探针大量分布于新生血管中。证明该探针能够应用于肿瘤的早期探测。结论:本文利用两亲性聚合物PEG-PLA与憎水的金、四氧化三铁纳米微粒组装的方法制备MRI/CT双模态造影剂。并通过体外、体内肝部成像的研究,初步验证了该团簇作为新型MRI/CT双模态造影剂的可行性。将该纳米簇偶联靶向分子后,可用作肿瘤早期探测,并通过细胞特异性研究、肿瘤靶向体内双模态成像的研究,证明该探针能实现肿瘤的早期诊断。证明了这种新型MRI/CT造影剂的生物医学应用价值,说明该材料具有广阔的应用前景。
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