新型明胶-泊洛沙姆纳米囊联合超声空化开放血脑屏障技术增强大分子药物脑胶质瘤靶向渗透性研究

Among various brain tumors, glioma has the highest incidence (about 40.49% of brain tumor incidences), with the average median survival time of less than one year. Growing in an infiltrative way with no envelope, glioma can not be removed completely even through a surgery. So proceeding chemotherapy plays a decisive role in completing the cure and inhibiting glioma recurrence. However, chemotherapeutics have serious side effects on normal tissues. Biotechnological treatment using antitumor macromoleculars shows high efficacy and good safety for tumor therapy, but macromoleculars under the intravenous administration can not cross the blood-brain barrier, thus limiting their clinical application in brain tumor therapy. Based on our previous experiments, a new kind of nanoparticles combined with ultrasonic cavitation technique can help macromoleculars breaking through the blood-brain barrier and entering the brain tumor tissues. In this project, a novel gelatin-poloxamer nanocapsules are prepared by novel W/W emulation technique. With fluorescein-labeled dextrans of different molecular weights used as the model of antitumor macromoleculars, gelatin-poloxamer nanocapsules combined with ultrasonic cavitation technique are investigated to realize the brain targeted delivery. Experiments in vitro and in vivo are designed and modern pharmacological evaluations are applied to study the feasibility, effectiveness and safety of this novel technology for glioma targeted therapy. Combining the advantages of innovative preparation technique, ultrasound-mediated openning BBB technique and biotechnological treatment, the results of this research will contribute to solve the limitation of macromolecule therapy for glioma and explore original techniques for modern biotechnological treatment for brain tumors.

各种脑部恶性肿瘤中脑胶质瘤发病率最高，占脑瘤的40.49%，其平均中位生存期不超过1年。脑胶质瘤呈无包膜浸润样生长，即使外科手术也无法根治性全切，因此抗肿瘤药物治疗对于脑胶质瘤治疗及抑制其复发起到决定性作用。化学治疗药物毒副作用大，生物大分子药物疗效高且安全性好，但其静脉给药很难透过血脑屏障，因此限制了其在临床治疗中的应用。课题组前期应用纳米制剂联合超声空化技术促进大分子靶向渗透进入脑肿瘤。本项目创新制备明胶-泊洛沙姆W/W型纳米囊，以不同分子量荧光素标记蛋白为模型药物，结合超声空化开放血脑屏障技术，利用体内外血脑屏障模型和脑胶质瘤动物模型，通过现代药理学评价方法，研究新技术对于模型药物穿透血脑屏障进入脑胶质瘤的可行性、有效性和安全性。本项目将"制剂技术、临床超声技术和大分子药物治疗"三者有机结合，致力克服脑胶质瘤的治疗技术瓶颈，为脑部恶性肿瘤的生物大分子药物高效治疗探索原创性的技术方案。

恶性胶质瘤因具有侵袭性、渗透性和新生血管丰富等特点而难以被完全治愈。本项目以临床实验失败的西仑吉肽药物为大分子药物模型，利用纳米技术明显的优点，结合能可逆、非侵袭性和局部地开放血脑屏障的超声微泡空化技术，为抗肿瘤药物通过血脑屏障提供了新治疗方案。本项目利用创新制备的明胶-泊洛沙姆W/W型纳米囊结合超声空化技术，探索攻克抗肿瘤药物对于脑胶质瘤的治疗的瓶颈。本项目研究方法：1、以薄膜分散法制备包载西仑吉肽的纳米囊溶液，制备出符合注射要求的西仑吉肽纳米囊注射液。2、采用脑立体定位法建立C6/SD大鼠脑胶质瘤模型。于接种后第9、16、23和30天分别行MRI增强扫描评价此法的成模率，观察接种后瘤体生长变化情况和肿瘤特性等。3、通过EB示踪法和MRI实时显影检测技术确定超声辐照参数及考察确定的超声参数开放不同时期血瘤屏障的情况。4、通过免疫组化法和WB法测定瘤体边缘紧密连接蛋白claudin-5和蛋白β1-integrin于超声微泡作用后不同时间点的表达变化，考察是否可能参与血脑屏障开放的调节。5、以C6/SD大鼠为脑胶质瘤模型，通过尾静脉注射不同的制剂结合脂质微泡超声进行抗肿瘤治疗。通过考察不同方面的指标来评价抗肿瘤效果。本项目研究结果：1、本实验制备的西仑吉肽纳米囊平均粒径为112±1.63nm，粒径对称分布，分散均匀，带负电，其Zata电位-15.8±0.2 mV。2、建立的C6/SD大鼠脑胶质瘤模型简单易行、稳定可靠，成模率近100%。3、本实验在超声频率为1MHz、声强为4W/cm2、辐照时间30S的参数下超声联合脂质微泡可以可逆开放血脑屏障。4、一定程度上证明了蛋白β1-integrin 表达的下调，可能会引起血脑屏障的通透性增加。5、通过模型动物，结合影像学、分子生物学和病理学等综合评价的研究证明，创新构建的包载西仑吉肽的纳米囊联合超声空化技术给药系统可以有效地将西仑吉肽递送入脑，发挥药物对脑胶质瘤的抑制作用。本项目结论：通过体内外实验，创新制备了载药纳米囊，通过体内外实验优化各项应用参数，通过结合开放血脑屏障新技术，实现了脑部肿瘤的高效安全的递送目的，发挥大分子药物在脑部肿瘤治疗方面的疗效。本项目成果为临床脑部肿瘤治疗提供了一种安全有效的新方法，促进了脑部恶性肿瘤的治疗水平的提升。