基于有机硅纳米粒子的超声导航微波增效剂用于肝癌热消融治疗研究

Microwave ablation has been accepted as an alternative treatment modality for hepatocellular carcinoma (HCC) with unique advantages. However, one of the major concerns after microwave ablation is the incomplete tumor destruction, which results in most of the local recurrences. The key to improving the therapeutic effect and decreasing the recurrence rate is to improve the ablation technique. We develop the hollow SiO2 nanostructure as a carrier to encapsulate ionic liquid (IL), which integrates the echo property of the SiO2 shell in targeted-US imaging and the property of the IL core as a microwave enhancer. With the use of the computer image processing technology, we focus on building a multifunctional system with the combination of both diagnostic and therapeutic modalities into one “package”. Our research is performed as follows: First, the ionic liquid encapsulated in the hollow SiO2 nanoparticles is used as a synergistic agent during microwave ablation. Second, SiO2 is employed as an US contrast agent to enhance the US imaging quality and guide accurate treatment. Third, we evaluate the effectiveness of microwave ablation based on three-dimensional perfusion CEUS imaging and quantitative analysis. This study will provide a new technique model and establish an experimental basis on the multifunctional nanomaterials with both diagnostic and therapeutic potential, which might optimize the theraputic effect and gain more application in the thermal ablation treatment of HCC.

微波消融在肝细胞癌的治疗方面已经显示出其独特的优势，但该技术但仍面临很多问题，其中最主要的缘于治疗后可能局部消融不全而导致的肿瘤复发，因而，改进微波治疗技术、降低术后局部复发率是提高消融疗效的关键。本项目在制备靶向介孔氧化硅空心纳米粒子的基础上，对其进行功能化设计并赋予其微波增效及靶向超声影像的功能，利用计算机图形学与图像处理技术，提出构建肝癌热消融增效及影像学评价的一体化多功能体系。主要研究：① 利用有机硅空心纳米粒子的介孔结构负载离子液体，用于微波消融的增效剂；② 将多功能介孔纳米生物材料引入超声造影成像，实现肿瘤的靶向显示与精准治疗；③ 主要在三维超声造影与血流灌注定量分析层面上探索微波消融后超声评价模式。本项目将对在同一个纳米材料载体上实现一体化影像成像与治疗提供新的技术模型与实验研究基础，从而优化肝肿瘤热消融治疗策略，推动其临床应用与发展。

本项目以提高肝肿瘤微波消融疗效为主要研究问题，制备了空腔介孔Fe3O4颗粒（HIONCs），该纳米颗粒包覆了离子液体（ionic liquid, IL）与热动力学分子2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐 {2,2’-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride, AIPH}( IL-AIPH@HIONCs)。经透射电子显微镜可见完整且层次分明核壳结构。经微波辐照后，该核壳结构纳米粒子中包裹的IL具有显著促进微波升温能力，同时热敏物质AIPH也实现了热刺激下自由基的产生。由此证明了微波辐照后由IL介导的温度升高促进AIPH产生自由基机制的可行性。进一步在细胞毒性实验和动物溶血实验中验证了该纳米材料理想的生物相容性，以进行下一步的动物实验。该实验中通过构建兔肝癌原位种植瘤与裸鼠皮下种植瘤模型，进一步验证了IL-AIPH@HIONCs的体内微波增效能力和抑制肿瘤生长能力。注入等量生理盐水（单纯微波组）、空载HIONCs（HIONCs+微波组）、IL-AIPH@HIONCs（IL-AIPH@HIONCs+微波组）后，通过监测肿瘤生长曲线、全身转移情况、实验动物体重变化等指标初步检测IL-AIPH@HIONCs联合微波热疗的肿瘤抑制效果。同时，我们通过应用超声造影观察了肿瘤微循环灌注变化。最后经标本切除行免疫组化与WB相关指标检测，结果显示，IL-AIPH@HIONCs经血液循环到达肿瘤微环境后，在微波辐照下可通过促进AIPH释放毒性自由基达到杀伤肿瘤的目的，同时通过IL的增温效应升高相同功率微波下对肿瘤组织的热杀伤效应，两者协同达到高效杀伤肿瘤细胞的目的。在此研究基础上，我们通过学习和应用电喷微流控技术，制备了微米级的温敏性复合水凝胶药物微载体。我们设计了一种核壳结构的空心微球，壳层中负载化疗药物吉西他滨（Gemcitabine, Gem），内核中包裹气体分子药物硫化氢（Hydrogen sulfide, H2S）。在温度升高的条件下，实现了水凝胶壳层收缩释药，伴随内核气体膨胀释放的药物联合治疗。细胞实验和动物实验均验证了其良好的生物相容性、温度响应性、释药能力，与经瘤内原位注射后的肿瘤抑制能力。因此，本课题组在温度响应性载药纳米颗粒和微米微球方面均进行了初步的探索，并取得了一定的实验结果。