载介孔二氧化硅纳米囊脂质体可视化增强HIFU消融肿瘤效力

发布时间：2017-10-22 18:08

  本文关键词：载介孔二氧化硅纳米囊脂质体可视化增强HIFU消融肿瘤效力

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【摘要】：研究背景:高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)作为超声治疗领域的典范,已获得广泛的临床应用。HIFU主要用于各种良恶性肿瘤的治疗,如子宫肌瘤、前列腺癌、肝癌等。高强度聚焦超声治疗肿瘤的生物学机制主要包括热效应和机械效应:当聚焦部位的肿瘤组织在HIFU的作用下,温度升高达到约55~60°C以上,持续数秒,组织会发生凝固性坏死;组织中的微小气泡在声场的运动中,会产生惯性和非惯性空化效应,在剪切力、微射流、冲击波等作用下,HIFU起到机械解体肿瘤组织的作用。HIFU在治疗过程中,必须依赖影像学的引导,其主要的引导手段为超声成像或者磁共振成像。目前,HIFU在临床应用的过程中,有学者发现,经HIFU照射过的腹盆腔肿物患者,再实施切除手术时,发现局部脏器如肠管、正常子宫附件有明显的腹膜粘连。有的HIFU专家在临床实践中曾经屡遇部分患者在子宫肌瘤、胰腺癌、甲状腺瘤治疗过程中,因焦域以外部位的严重疼痛,不得不降低预设功率甚至中断治疗。针对这些HIFU治疗过程中的并发症,提高影像学的引导精度,以及增强HIFU的消融效力,降低HIFU治疗所需要的超声强度阈值,具有极其重大的意义。为此,本研究拟采用脂质体包载介孔二氧化硅纳米囊(Mesoporous Silica Nanocapusles,MSN),制备一种诊疗一体化的新型纳米颗粒——载介孔二氧化硅纳米囊脂质体(MSN-LIPO),MSN内部含有少量高沸点且易挥发的乙酸异戊酯,作为HIFU增效的空化核心,MSN壳层含有Fe3O4,作为MRI T2加权造影成像因子,并在细胞水平和活体动物水平验证MSN-LIPO提高HIFU影像引导和增强HIFU消融效能的特性。第一部分载介孔二氧化硅纳米囊脂质体的制备及性能检测目的制备载介孔二氧化硅纳米囊脂质体(MSN-LIPO)和空白脂质体(B-LIPO),并检测其粒径大小、结构特征、稳定性、细胞摄取、生物相容性等特性。材料和方法采用薄膜水化法制备MSN-LIPO和B-LIPO,用纳米粒度及电位分析仪检测MSN-LIPO和B-LIPO的粒径大小及Zeta电位,用透射电子显微镜检测MSN-LIPO的结构特征,连续4周测量MSN-LIPO粒径验证其稳定性,使用激光共聚焦显微镜及分选型流式细胞仪验证U87 MG人恶性胶质瘤细胞对MSN-LIPO的摄取,细胞毒性实验评估MSN-LIPO的生物相容性。结果制备的MSN-LIPO外观呈铁锈色,B-LIPO外观呈浅乳白色,纳米粒度及电位分析仪测得两者的粒径大小分别为(128.6±2.11)nm和(86.9±0.59)nm,Zeta电位分别约为(-22.9±0.77)m V和(-22.7±0.20)m V。透射电镜显示,脂质体成功包载MSN颗粒,粒径与纳米粒度及电位分析仪测得结果相近。连续4周测量MSN-LIPO的粒径大小,组间比较F=0.378,P0.05,差异无统计学意义,表明MSN-LIPO具有良好的稳定性。激光共聚焦显微镜显示U87 MG恶性胶质瘤细胞能够成功摄取MSN-LIPO,并呈现良好的时间依赖性,不同时间分组组间差异具有统计学意义(F=675.81,P0.05);SNK-q多重比较显示,30min组与0min组相比,摄取量增加(q=8.90,P0.05);1h组与30min组相比,摄取量增加(q=2.43,P0.05);2h组与1h组相比,摄取量增加(q=19.77,P0.05);6h组与2h组相比,摄取量增加(q=14.05,P0.05)。细胞毒性实验显示,不同浓度MSN-LIPO对U87 MG恶性胶质瘤细胞、MCF-7人乳腺癌细胞和SK-BR-3人乳腺癌细胞均没有显著毒性作用,剩余细胞活性均在85%以上,表现出良好的生物相容性。结论本研究成功制备了MSN-LIPO,其粒径较小,具有良好的稳定性,容易被U87 MG恶性胶质瘤细胞摄取,并具有良好的生物相容性。第二部分载介孔二氧化硅纳米囊脂质体增强磁共振T2加权成像实验目的检测MSN-LIPO的磁特性,验证其增强磁共振T2加权成像的功能,探索其作为HIFU造影剂的应用价值。材料和方法制备MRI体外成像模型,应用磁共振扫描仪对不同浓度的MSN-LIPO进行磁共振成像,检测MSN-LIPO的磁特性;建立BALB/c裸鼠皮下恶性胶质瘤模型,经尾静脉注射MSN-LIPO前后,进行肝实质扫描;在肿瘤部位局部注射MSN-LIPO前后,进行肿瘤磁共振成像;经尾静脉注射MSN-LIPO前后,对肿瘤部位进行磁共振成像。结果体外MRI成像模型显示,MSN-LIPO具有MRI T2加权负增强功能,随着MSN-LIPO的浓度增高,MRI信号强度逐渐降低,绘出弛豫率曲线,r2=413.7m M-1s-1;BALB/c裸鼠恶性胶质瘤模型磁共振成像显示,静脉注射MSN-LIPO前,肝实质的信号强度为91.84±14.41,注射后5min,肝实质信号强度为30.34±2.61,独立样本t检验结果显示,t=7.27,P0.05,两者的信号强度差异具有统计学意义,表明静脉注射MSN-LIPO后,肝实质信号强度显著下降;肿瘤局部注射MSN-LIPO前,肿瘤信号强度为211.44±5.34,注射后5min,肿瘤信号强度为15.34±1.24,独立样本t检验结果显示,t=36.38,P0.05,两者差异具有统计学意义,表明肿瘤局部注射MSN-LIPO后信号强度显著降低;尾静脉注射MSN-LIPO前,肿瘤部位信号强度为235.99±5.17,注射后30min,肿瘤部位信号强度为179±4.35,独立样本t检验结果显示,t=14.34,P0.05,两者差异具有统计学意义,表明静脉注射MSN-LIPO后,肿瘤部位信号也会显著降低。结论本研究制备的MSN-LIPO具有良好的MRI T2加权造影功能。第三部分载介孔二氧化硅纳米囊脂质体增强HIFU消融肿瘤效力实验目的验证在体外细胞培养条件下,MSN-LIPO增强HIFU对肿瘤细胞的杀伤效力;验证BALB/c裸鼠恶性胶质瘤动物模型中,MSN-LIPO增强HIFU对皮下瘤的消融效力,探索其作为HIFU增敏剂的应用价值。材料与方法分别将MSN-LIPO和B-LIPO经HIFU辐照后,于显微镜下观察微气泡形成情况。选取U87 MG恶性胶质瘤细胞作为研究对象,在体外细胞培养条件下,采用不同HIFU参数进行辐照,采用CCK-8试剂检测剩余细胞活性,为下一步实验选取最佳HIFU参数。确定体外HIFU治疗参数后,将细胞治疗分4各组:(1)Control组,(2)单纯HIFU组,(4)HIFU+B-LIPO组(4)HIFU+MSN-LIPO组,经不同处理后,通过CCK-8试剂检测各组细胞增殖活性,并用分选型流式细胞仪检测各组细胞凋亡和坏死情况。在体内水平的研究中,取35只BALB/c裸鼠恶性胶质瘤模型,设立Control组5只,治疗组每组5只,治疗分组为:180V、5s参数下,HIFU组、HIFU+B-LIPO组、HIFU+MSN-LIPO组;220V、5s参数下,HIFU组、HIFU+B-LIPO组、HIFU+MSN-LIPO组。取Control组裸鼠和180V、5s条件下HIFU治疗的各组裸鼠,用VEVO 2100超声实时分子影像系统检测治疗后的血流灌注情况。最后将各治疗组裸鼠处死,取出肿瘤,通过TTC染色观察各组HIFU消融情况,并计算出消融体积。结果MSN-LIPO经HIFU辐照后,在显微镜下可见微气泡产生,而B-LIPO经过辐照后未见微气泡产生。体外细胞培养条件下,HIFU参数为40V、1min时剩余细胞活性为70%左右,选定为后续治疗参数。体外细胞治疗分组,以对照组的剩余细胞活性为100%,单纯HIFU组剩余活性约为70%,HIFU+B-LIPO组剩余活性为约72%,HIFU+MSN-LIPO组剩余活性约为52%,采用单因素方差分析,F=193.7,P0.05,组间差异具有统计学意义,采用SNK检验,HIFU+MSN-LIPO组与单纯HIFU组相比,P0.05,差异具有统计学意义;流式细胞仪检测结果显示,Control组凋亡和坏死细胞比例占1.61%,单纯HIFU组凋亡和坏死细胞比例占20.37%,HIFU+B-LIPO组凋亡和坏死细胞比例占23.45%,HIFU+MSN-LIPO组凋亡和坏死细胞比例占42.86%,采用单因素方差分析,F=332.37,P0.05,组间差异具有统计学意义,采用SNK检验,HIFU+MSN-LIPO组与单纯HIFU组相比,P0.05,差异具有统计学意义。在BALB/c裸鼠恶性胶质瘤模型的治疗中,超声造影评价各组HIFU消融效力的结果显示,Control组绿色信号较多,血流灌注比较丰富;HIFU组和HIFU+B-LIPO组的绿色信号相对于Control组有所减少,血流灌注降低;而HIFU+MSN-LIPO组的绿色信号明显减少,表明MSN-LIPO增强了HIFU对肿瘤的消融效力,使肿瘤局部血流灌注明显减少。TTC染色显示,在HIFU参数为180V、5s时,HIFU组的消融体积为(232.73±19.77)mm3,HIFU+B-LIPO组的消融体积为(238.46±20)mm3,HIFU+MSN-LIPO组的消融体积为(771.75±19.33)mm3,采用单因素方差分析,F=1234.09,P0.05,组间差异具有统计学意义,采用SNK检验,HIFU+MSN-LIPO组的消融体积与单纯HIFU和HIFU+B-LIPO组相比,P0.05,差异具有统计学意义;在HIFU参数为220V、5s时,单纯HIFU的消融体积为(325.13±29.44)mm3,HIFU+B-LIPO组的消融体积为(343.91±29.91)mm3,HIFU+MSN-LIPO组的消融体积为(1474.88±59.8)mm3,采用单因素方差分析,F=1218.12,P0.05,组间差异具有统计学意义,采用SNK检验,HIFU+MSN-LIPO组的消融体积与单纯HIFU组、HIFU+B-LIPO组相比,P0.05,差异具有统计学意义。而180V、5s条件下HIFU+MSN-LIPO组的消融体积与220V、5s条件下单纯HIFU组相比,独立样本t检验,t=28.349,P0.05,差异具有统计学意义,表明在HIFU的治疗中引入MSN-LIPO后,可以以更低的超声强度实现更好的消融效果。结论本研究制备的MSN-LIPO可以在体外细胞培养条件下,以及体内荷瘤模型中,表现出增强HIFU消融效力的作用。
【关键词】：介孔二氧化硅纳米囊 脂质体 纳米颗粒 磁共振成像 T2加权 磁共振造影剂 HIFU造影剂 超顺磁性氧化铁 高强度聚焦超声 恶性胶质瘤 HIFU增敏剂
【学位授予单位】：第二军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R943
【目录】：

• 中文摘要6-10
• 英文摘要10-16
• 英文缩略词表16-17
• 前言17-19
• 第一部分 载介孔二氧化硅纳米囊脂质体的制备及性能检测19-31
• 一、材料与方法19-22
• 二、结果22-29
• 三、讨论29-31
• 第二部分 载介孔二氧化硅纳米囊脂质体增强磁共振T2加权成像实验31-41
• 一、材料与方法31-33
• 二、结果33-39
• 三、讨论39-41
• 第三部分 载介孔二氧化硅纳米囊脂质体增强HIFU消融肿瘤效力实验41-54
• 一、材料与方法41-45
• 二、结果45-51
• 三、讨论51-54
• 全文小结54-56
• 参考文献56-59
• 综述59-66
• 参考文献64-66
• 发表论文和参加科研工作情况66-67
• 致谢67

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本文编号：1079477