磁致相变纳米分子探针超声/MRI双模显像与治疗胰腺癌

Liquid-gas phase transition ultrasonic molecular probe is one of the ultrasound molecular imaging hotspots. Currently, there are two main methods to trigger liquid-gas phase transition, namely the Acoustic Droplet Vaporization (ADV) and Optical Droplet Vaporization (ODV). However, there are disadvantages such as ultrasound could not go through bone or gas and the penetration depth of laser is limited. Both of them are difficult to achieve early detection of disease. To overcome these shortcomings, our team proposed the use of magnetic fields to trigger liquid gas phase transition on the basis of our previous studies. This project intends to use hollow superparamagnetic iron oxide nanoparticles (HIONs) and perfluoropentane(PFP) to prepare a Magnetic Droplet Vaporization(MDV) nano molecular probes. To study the mechanism of the response in an alternating magnetic field and ultrasound/MRI imaging enhancement; further, nimotuzumab(NTZ) is used for surface modification of the magnetic nanoparticles, which could specifically target pancreatic cancer cells with high expression of EGFR. Study the conditions and mechanisms of phase transition of the magnetic nanoparticles in pancreatic cancer and the effect on tumor cells. Explore the effect and mechanisms of MDV as an treatment method, and establish a new and efficient tumor targeting molecular imaging and therapeutic method.

液气相变型超声分子探针是当前超声分子影像研究的热点之一，目前触发液气相转变的方法主要有两种，即声致相变及光致相变。但是，这两种触发方式存在受气体或骨骼影响、穿透深度受限以及难以实现疾病早期分子显像等缺点。针对这些缺点，我们团队在前期研究基础上提出利用磁场触发液气相转变的思想。本课题拟采用超顺磁性中空氧化铁纳米颗粒（HIONs）与全氟戊烷（PFP）制备一种磁致液气相变型(Magnetic Droplet Vaporization, MDV)纳米分子探针，研究其在交变磁场刺激下响应机制以及增强超声/MRI显像的机制；进一步采用尼妥珠单克隆抗体对磁性纳米粒进行表面修饰，使其能够特异性靶向EGFR高表达的胰腺癌细胞，研究该相变型磁性纳米粒在胰腺癌内发生液气相变的条件与机制以及对肿瘤细胞的影响，探索MDV效应损伤肿瘤细胞的治疗方式，以期建立一种新型高效的肿瘤靶向分子显像诊断与治疗方法。

本项目研究内容在执行过程中有所调整。预期采用尾静脉注射超顺磁性中空氧化铁纳米颗粒（HIONs）混悬液。在实验过程改为瘤内注射方式进行磁热以及磁致相变效应的研究。针对瘤内注射的治疗方式，我们将原定的胰腺癌动物模型改为乳腺癌动物模型，乳腺癌位置相对胰腺癌更为浅表，瘤内注射HIONs混悬液用于治疗乳腺癌更加可行。采用4T1乳腺癌细胞系建立裸鼠皮下移植瘤。.我们对制得的包裹全氟戊烷（PFP）的HIONs进行了理化性质的检测，制得的HIONs的粒径为140±11.66nm。采用透射电镜和扫描电镜观察，HIONs表现为界限清楚的球形，中央为中空的球体结构。扫描电镜图像可以观察到HIONs的球体结构。对体外不同浓度HIONs混悬液的磁热以及磁致相变效应进行了研究，当浓度为20μg/ml时，升温曲线比较温和，可操控性好。并在体外对PFP-HIONs的液气相变情况进行了观察，研究发现室温下及温度为30℃时，二维超声图像中PFP-HIONs显示为均匀的极低回声及无回声，未见明显回声改变，说明PFP未发生液气相变。当温度为40℃、50℃、60℃时，PFP-HIONs离心管内出现微气泡产生的强回声，说明液气相变的发生。.我们进一步采用荷乳腺癌移植瘤裸鼠完成了HIONs在磁热治疗乳腺癌中的可行性研究以及疗效观察，观察了磁致相变作用在肿瘤中的显像。两组裸鼠的温升情况无显著差异（P=0.097）。治疗后即刻对移植瘤区域进行超声成像，可以看到移植瘤内磁热治疗区域显示为强回声，其中实验组的强回声区域较对照组更大，差异具有统计学意义（P<0.05），说明包裹的PFP在磁场及磁热的作用下发生了液气相变，液气相变后产生的微气泡的又能够与磁热产生协同作用损伤肿瘤组织。