多功能磁性金纳米靶向诊断治疗剂肿瘤多模式显像及治疗的探索研究

The incidence of malignant tumors increased, while no significant improvement in prognosis. The emerging “theranostic” agent, usually based on nanoparticles, probably plays an important role in the management of cancer. In this program, we will synthesis a core-shell Fe3O4@Au nanoparticle based multifunctional theranostic agent, which will be used for cancer specific targeted imaging, therapy and efficacy monitoring. Firstly, gold shell coated Fe3O4 magnetic Nanoparticles will be synthesised, doxorubicin (DOX) and c(RGDyK) will be connected to the gold shell surface, and then the nanoparticles will be labeled by radioiodine 131. These nanocomposites will be used for targeted cancer imaging and therapy. The nanocomposites get into the tumors through passively gather by EPR effect, magnetic orientation, and cRGD receptor-specific binding to tumor αvβ3 receptor, three aspects together improve targeting performance; the treatment is achieved by DOX treatment, photothermal therapy of gold nanoparticles and radiation therapy of 131I. Multi imaging modalities, including SPECT, PAI and MRI can be used to diagnose and assess the efficacy before, during and after treatment.

恶性肿瘤的发病率不断增加，而预后没有明显改善，新出现的诊断治疗剂通常以纳米材料为基础，对癌症的治疗决策及预后将起重要作用。本研究将构建一个以金壳包被磁性Fe3O4纳米颗粒为基础的多功能的诊断治疗剂，实现同一制剂通过其高靶向性用于癌症显像、治疗及疗效监测。首先制备金壳包被磁性Fe3O4的纳米颗粒，将阿霉素DOX和c(RGDyK)连接到金壳表面，然后使用放射性核素131I标记纳米颗粒复合物，将用于肿瘤靶向显像与治疗。由纳米颗粒通过EPR效应向肿瘤被动聚集、磁性导向、cRGD与肿瘤αvβ3受体特异性结合三方面共同提高其靶向性能；治疗作用将由DOX化疗、金纳米颗粒光热治疗和131I内放射治疗三方面共同发挥，在治疗前、治疗过程中及治疗后可通过多种显像模式包括SPECT、光声显像（PAI）和MRI来诊断和评估疗效。

放射性标记的金纳米颗粒在生物医学应用中起重要作用，尤其是金纳米棒具有独特的光学性质、易于修饰等优点而成为近年来的研究热点。本项目使用131I标记连接cRGD的金纳米棒探针（131I-GNR-cRGD），评估其用于αvβ3阳性肿瘤靶向显像及治疗的可行性。方法：使用HS-PEG(5000)-COOH替代GNR表面CTAB，通过EDC/NHS偶联反应将c(RGDfK) 连接到GNR-PEG羧基末端，检测产物；将131I通过Au-I键直接连接至纳米颗粒表面，测定标记率、稳定性，进行体外细胞摄取及正常小鼠生物分布研究；构建裸鼠肿瘤模型，将探针用于肿瘤靶向SPECT显像、生物分布及放射自显影；治疗实验中，实验组尾静脉注射131I-GNR-cRGD并给予2W/cm2 808nm激光照射（A，n=4），对照组尾静脉注射等量131I-GNR-cRGD（B，n=5）和生理盐水（C，n=5），不给予激光照射，观察记录肿瘤体积、小鼠精神状况及体重，观察3周作为终点，取肿瘤及各器官切片观察治疗效果及药物毒性。结果：131I-GNR-cRGD探针制备方法简捷，产率高，且具有良好的放化纯及稳定性，高表达αvβ3的B16F10细胞2h结合率可达38.20±1.48%（n=3），且可被阻断（20.61±1.15%）；而低表达αvβ3的MCF-7细胞结合率始终在20%左右；SPECT/CT示131I-GNR-PEG-RGD在B16F10肿瘤部位明显聚集，6h最清晰，而MCF-7肿瘤呈持续放射性分布稀疏；生物分布示6h B16F10、MCF-7肿瘤摄取分别为5.09±0.68、1.59±0.39ID/g%，与SPECT/CT显像有很好的一致性。治疗结果示激光照射后肿瘤区域温度随时间逐渐升高，观察终点治疗组和对照组老鼠体重无显著性差异，A、B、C组肿瘤体积分别为227.46±78.97、1437.83±230.34、1511.63±236.24mm2， A与B、C任意一组间均有明显差异（P<0.05)，但B、C两组间无明显差异（P>0.05）。总之，本项目成功制备了一种简便、稳定性好的纳米探针，并通过体外和体内实验证明了该探针对高表达αvβ3的肿瘤靶向SPECT显像的可行性，治疗实验显示光热治疗对肿瘤有明显抑制作用，证明了131I-GNR-cRGD是一种有潜力的可同时结合影像诊断及治疗于一体的诊断治疗剂。