兔肾VX2肿瘤和人肾肿瘤标本EPR效应的CT研究

发布时间：2020-05-15 06:13

【摘要】：肾癌在泌尿系肿瘤中的发病率仅次于膀胱癌,列居第二位。肾脏影像学检查是鉴别肾脏良恶性肿瘤的重要工具,对于典型病变正确诊断率达95%以上,但对于偶然发现的小病变及不典型病变的误诊时有发生。据报道大约30%直径小于2厘米和20%直径大于4厘米的肾脏肿块术后报告属于良性,对约16%到33%的良性病变进行了不必要的肾脏切除。提高肾脏肿瘤的术前正确诊断对于临床和影像工作者来说至关重要。这也成为影像学研究的难点和热点。血管通透性增强和滞留效应(EPR效应)由日本学者Hiroshi Maeda于1986年发现并提出。EPR效应是纳米医学高特异性和选择性的理论基础。胶束等纳米载药体系通过EPR效应跨过血肿瘤组织屏障,实现在肿瘤组织内的被动或主动靶向蓄积,提高肿瘤的诊断或者治疗效果。血肿瘤组织屏障的异质性因肿瘤所在器官的不同而差异显著。而肾脏与其泌尿功能相适应存在血尿屏障,且肾血流量十分丰富,但肾内血流量分布却非常不均匀。肾脏血管床有两套相互串联的毛细血管网,两者由出球小动脉相串联。当肾肿瘤破坏了正常肾组织后所形成的血肿瘤组织屏障也有别于其他脏器有其独特的病理生理学特点。在其他器官,血管紧张素Ⅱ可以选择性增强肿瘤血管通透性和肿瘤的血流,提高大分子药物的肿瘤EPR效应,用于肿瘤的诊断和治疗。血管紧张素Ⅱ主要引起出球小动脉收缩,对正常肾和肾脏肿瘤血流分布的影响可能有别于其他脏器,具有其独特的影像学表现,了解其中的作用机制,有助于理解肾脏肿瘤的EPR效应。研究发现许多具有里程碑意义的基础研究,到了临床肿瘤研究阶段却无法完美复制,尽管许多药物在动物实验时疗效显著,但到了临床试验时却疗效不佳,许多甚至到了三期临床阶段而不得不停止其研究工作。这致使学者们发生热烈争议,甚至怀疑肿瘤EPR效应是否真实存在。首先,本研究联合灌注CT成像及CT血管成像(CTA)技术研究肾脏血肿瘤组织屏障对血管紧张素Ⅱ的反应和血管紧张素Ⅱ对肿瘤及双侧正常肾组织血流再分布的影响,以期提高肾脏小病变的术前正确诊断水平。其次,通过宝石能谱CT测量不同浓度普罗碘胺标记的纳米胶束中的碘含量,评估能谱CT测量胶束含量的准确性。观察胶束在家兔体内的生物学分布,为肾VX2肿瘤的EPR效应进行定量评价奠定基础。再次,通过宝石能谱CT测量普罗碘胺标记的纳米胶束中的碘含量,观察胶束在肿瘤中的富集过程,对胶束在兔肾VX2肿瘤的EPR效应进行定量研究。最后,采用与人类在体肿瘤非常近似的人肾脏肿瘤标本为实验对象,进行不同粒径高分子纳米胶束载体与肿瘤组织EPR效应关系的研究,回答肿瘤EPR效应是否真实存在这一热点问题。研究得到了河北大学附属医院伦理委员会的批准。本课题四部分的具体内容如下:第一部分:血管紧张素Ⅱ对兔VX2肾内肿瘤血流分布影响的灌注CT和CTA评价目的:联合灌注CT成像及CT血管成像(CTA)技术观察血管紧张素Ⅱ对正常肾组织和肾脏肿瘤组织的血流分布的影响,阐明血管紧张素Ⅱ对早期肾脏肿瘤血流动力学影响的作用机制。方法:24只雄性新西兰大耳白兔随机分为A、B、C三组。A组(空白对照):自体肾周脂肪组织植入左肾切口;B组(阴性对照)和C组(血管紧张素Ⅱ):新鲜VX2肿瘤组织植入左肾切口。A和B组直接进行灌注扫描,C组进行血管紧张素II灌注CT扫描。测量肿瘤组织、CAT、CDT、RRC和PVM的BF、BV、MTT和PS值,计算RPS。测量腹主动脉、左肾动脉和左肾静脉的SDT、TTP和MID。灌注CT的薄层数据进行VR和MIP成像,观察双肾及肾血管的动态变化。结果:与A和B组相比,血管紧张素II显著延长了LRV的SDT,延长了RRA、LRA和LRV的TTP,使AA、RRA和LRA的MID增宽。与A组正常肾皮质相比,B组肿瘤组织的BF、BV和PS值显著下降(P0.001,P=0.001,P=0.041,LSD-t),MTT延长(P=0.079,LSD-t),RPS增加(P0.001,LSD-t)。与B组相比,血管紧张素II没有使C组肿瘤的BF、BV、MTT和PS值发生显著改变,只有RPS从83.23±29.17%升高至120.94±31.84%(P=0.007,LSD-t)。与B组相比,血管紧张素II显著增加CDT(P=0.019,LSD-t)和RRC(P=0.003,LSD-t)的RPS值,降低CAT、CDT和RRC的BF值(P0.001,P=0.010和P0.001,LSD-t),而CAT、CDT和RRC的BV、PS和MTT值没有发生明显变化。小结:灌注CT能够准确观察血管紧张素Ⅱ对正常肾组织和肿瘤组织的血流分布的影响,阐明血管紧张素Ⅱ对早期肾脏肿瘤血流动力学影响的作用机制。血管紧张素II主要引起出球小动脉收缩,使原本可能进入肿瘤组织的血流,更多的进入了肾小球内,导致肾内肿瘤的血流并没有如同其他脏器肿瘤般增加,反而有所减少。血管紧张素II选择性增加肿瘤组织和CAT的RPS,RPS可以做为一个更有效的灌注参数,有助于提高肾脏早期不能明确诊断病变的术前正确诊断水平。肾肿瘤周围存在血瘤屏障,不仅表现在超微形态结构的异常,更主要的是功能上的差异,血管紧张素Ⅱ使CAT的BF明显降低、RPS值显著升高。第二部分:能谱CT对普罗碘胺标记胶束兔体内代谢的初步观察目的:通过宝石能谱CT测量不同浓度普罗碘胺标记的纳米胶束中的碘含量,评估能谱CT测量胶束含量的可行性。观察胶束体内的生物学分布,为肾VX2肿瘤的EPR效应进行定量评价奠定基础。方法:1.由南开大学高分子化学研究所史林启教授课题组负责普罗碘胺标记胶束的制备。2.将100 nm胶束配制成不同浓度,利用CT能谱技术测定胶束溶液碘密度值(IC)和CT值,求IC和CT值与胶束浓度之间的线性方程。3.胶束的代谢:雄性新西兰白兔6只随机分为碘佛醇和100nm胶束两组。首先进行基线能谱CT扫描,扫描范围上自肝顶下至膀胱。然后将碘佛醇和100nm胶束的IC值均配置成7 mg/ml,取25ml药物经耳缘静脉注射,然后于5min、10min、30min、1h、2h、3h、4h、5h、6h进行动态能谱CT扫描。同时采血3ml,测量血液中IC值,之后回注到兔体内。测量肝脏、胆囊、肾乳头区或肾盏的IC值并绘制动态演变曲线,计算AUC、TTP和IC峰值。结果:IC值与胶束浓度两者成线性正相关,IC值线性方程:Y=1.403*X+0.8123,r=0.9909,P0.0001。血液中的碘佛醇30min时已经基本被肾脏清除;100nm胶束血液IC值下降非常缓慢,到6h时,IC值仍然高达9.69±0.93(100μg/cm~3)。胶束具有较长的血液循环时间,主要通过肾脏进行代谢,能够满足肿瘤EPR效应的能谱CT研究。小结:碘浓度的测量值与胶束浓度间成明显线性正相关。所用胶束血液循环时间长,安全无毒,主要通过肾脏进行排泄,能够满足肿瘤EPR效应的能谱CT研究。第三部分:兔肾VX2肿瘤EPR效应的能谱CT研究目的:通过宝石能谱CT测量普罗碘胺标记的纳米胶束中的碘含量,观察胶束在肿瘤中的富集过程,对胶束在兔肾VX2肿瘤的EPR效应进行定量研究。方法:1.胶束剂量对活体肿瘤EPR效应的影响:雄性VX-2肿瘤模型兔6只随机分为2 ml和10 ml胶束两组。于注射药物前和注药后各时间点进行能谱CT扫描,最后进行灌注CT扫描。测量肿瘤组织IC值,计算AUC、TTP和IC峰值。2.胶束粒径对活体肿瘤EPR效应的影响:雄性VX-2肿瘤模型兔24只随机分为80nm、100nm、150nm和170nm胶束四组。扫描方案和数据处理同前。3.离体肿瘤的EPR效应:雄性VX-2肿瘤模型兔18只随机分为45nm、70nm和130nm胶束三组。行左肾切除术,将肾动脉、肾静脉和输尿管分别与药物蠕动泵、静脉流出液收集器和尿液收集器相连接。取1 ml胶束和50 ml的HTK液混匀,通过药物蠕动泵经肾动脉对兔离体肾VX-2肿瘤进行循环灌注。扫描方案和数据处理同前。结果:随着胶束剂量的增大,血液中胶束浓度增高,肿瘤组织的AUC和IC峰值均增大,TTP延长。在同等剂量时,随着胶束粒径的增大,活体兔肾VX-2肿瘤的TTP从80nm的2.5h延长到170nm的3.5h,80nm、100nm、150nm和170nm四组粒径胶束在肿瘤的AUC和IC峰值没有明显区别(P0.05)。在同等剂量时,45nm、70nm和130nm三种粒径胶束在离体肿瘤的EPR效应的组间比较差异显著(P0.05)。70nm和130nm两组的AUC和IC峰值均明显高于45nm胶束(P0.05)。随着胶束粒径的增大,TTP从45nm胶束的2h延长到130nm胶束的3h。小结:增加胶束的剂量,可以使胶束的肿瘤EPR效应的AUC和IC峰值升高,TTP延长。胶束通过血肿瘤屏障的能力与胶束粒径成反比,粒径越大,阻力越大,肿瘤EPR效应达到饱和所需时间越长。离体肿瘤的胶束富集曲线呈速升平台型;受血液屏障和肝脾等RES系统影响,活体肿瘤的胶束富集曲线呈缓升缓降型。实验证明肿瘤EPR效应客观存在。第四部分:人肾肿瘤标本EPR效应的能谱CT初步观察目的:本研究将采用与人类在体肿瘤非常近似的人肾脏肿瘤标本为实验对象,进行不同粒径高分子纳米胶束载体与肿瘤组织EPR效应关系的研究,回答肿瘤EPR效应是否真实存在这一纳米医学的热点问题。方法:采用队列设计,收集河北大学附属医院泌尿外科手术切除的肾脏肿瘤标本33只,随机分为三组:45 nm胶束组、70 nm胶束组和130 nm胶束组。将肾动脉、肾静脉和输尿管分别与药物蠕动泵、静脉流出液收集器和尿液收集器相连接。取胶束原液3 ml和HTK液300 ml混匀,通过药物蠕动泵以20 ml/min的速度经肾动脉对人肾脏肿瘤标本进行循环灌注。于注射药物前和注药后1h、2h、3h、4h、5h和6h进行能谱CT扫描。扫描方案同前。测量肿瘤组织IC值,计算AUC、TTP和IC峰值。取第三部分离体兔肾灌注前和开始药物灌注后1h、2h、3h、4h、5h和6h数据进行人和兔离体肾肿瘤AUC、TTP和IC峰值对照观察。结果:在同等剂量时,45nm、70nm和130nm三种粒径胶束在人离体肾肿瘤标本的富集曲线形态、变化趋势基本相同,130nm胶束曲线略高于45nm和70nm胶束的变化曲线。130nm组AUC明显高于45nm和70nm组(P0.01,LSD-t检验),45nm和70nm两组比较无差异(P0.05,LSD-t检验)。130nm组IC峰值高于45nm组(P0.05,LSD-t检验)。TTP介于3-4h之间。70nm和130nm胶束在兔离体肾VX-2肿瘤的AUC远大于人离体肾肿瘤标本(P0.01,student-t test)。45nm胶束在人肾肿瘤标本的AUC高于兔离体肾肿瘤(P0.05,student-t test)。三种粒径胶束在人离体肾肿瘤标本的TTP普遍比兔肾肿瘤长。三种粒径胶束人和兔肾肿瘤的IC峰值均无明显差异。小结:人和动物肾脏肿瘤实验均证明肿瘤EPR效应客观存在,胶束通过人肾血肿瘤屏障的能力与胶束粒径成反比,粒径越大,阻力越大,肿瘤EPR效应达到饱和所需时间越长。与实验动物相比人肾肿瘤EPR效应更为复杂,AUC低、IC峰值相同、TTP较长。结论:1.通过灌注CT观察血管紧张素Ⅱ对正常肾组织和肿瘤组织的血流分布的影响,阐明血管紧张素Ⅱ对早期肾脏肿瘤血流动力学影响的作用机制。2.血管紧张素II选择性增加肿瘤组织和CAT的RPS,RPS可以做为一个更有效的灌注参数,有望用于肾脏早期肿瘤的鉴别诊断。3.人和动物肾脏肿瘤实验均证明肿瘤EPR效应客观存在,与实验动物相比人肾肿瘤EPR效应比较复杂。4.肿瘤EPR效应与胶束的剂量正相关,与胶束粒径成反比,粒径越大,阻力越大。离体肿瘤的胶束富集曲线呈速升平台型,活体肿瘤的胶束富集曲线呈缓升缓降型。
【图文】：

兔肾,组织学观察

34图 1 兔肾脏的组织学观察和测量Fig.1 Rabbit kidney histological observation and measurement., measurement diagram of stereoscopic microscopy. B, measurementiagram of HE staining with low magnification. C-F is RC, IS,OS, andIM, respectively（X120）.

示意图,示意图,测量位置,血管

图 2 灌注 CT 测量 ROI 放置位置示意图Fig.2 Axial perfusion CT image in rabbit shows placement of ROI) Aorta, (2) tumor tissue, (3) renal cortex immediately adjacent toor (CAT), (4) renal cortex distant from the tumor (CDT), andravertebral muscle (PVM).
【学位授予单位】：河北医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R737.11;R730.44

【参考文献】