基于缝隙增强拉曼探针的肿瘤术中诊治技术研究

发布时间：2020-04-22 07:22

【摘要】：恶性肿瘤已成为世界范围内致死率最高的疾病之一。传统的治疗方法通常是以手术切除为主,辅以药物治疗或物理治疗等综合治疗方法。然而很多恶性肿瘤的边界不规则且模糊,呈浸润性生长或者发生远端转移,导致手术治疗难以将肿瘤全部切除干净。目前术中影像方法包括术中核磁共振、术中超声及荧光成像等,但所有的方法均存在一定的缺陷。术后对残余肿瘤的放化疗治疗会带来明显的副作用。综合以上术中和术后治疗两方面,急需新的诊疗手段可以在手术过程中对可切除或不可切除的肿瘤病灶进行快速成像定位和治疗。为此,本论文设计和构建了具有超强表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)性能和超高光稳定性的缝隙增强拉曼探针(Gap-Enhanced Raman tags,GERTs),作为肿瘤诊疗一体化探针,用于不同类型肿瘤的诊断和治疗中,以实现在术中快速精准、高灵敏度、高分辨率和高特异性地对残余瘤进行检测和消除。在第二章中,我们对内嵌1,4-对巯基苯硫酚(BDT)的缝隙增强拉曼探针(GERTs)的各项性能进行研究,并对其在生物医学中的应用潜力进行评估。使用非共振近红外激光激发,内嵌的拉曼信号分子BDT在激光照射过程中被外层的金属壳层及介孔二氧化硅层很好的保护,可实现超强的光稳定性。通过结合化学增强和电磁场增强效应,探针实现了非常好的拉曼增强,可以进行超灵敏、超快速的细胞和肿瘤组织的SERS成像。此外,GERTs还具有非常多的优点,如高储存稳定性,pH稳定性,血清稳定性,光照稳定性,超强的拉曼信号以及良好的生物相容性等。因此,GERTs特别适合用于持续激光照射下的快速、长时间的实时生物成像。在第三章中,我们将GERTs用于高对比度的前哨淋巴结(SLNs)显影。与临床中常用的蓝色染料相比,基于GERTs的前哨淋巴结显影具有非常多的优势,包括较强的拉曼信号,超高的光稳定性,在前哨淋巴结内超长的滞留时间(高达24小时),使用方便(手术前2小时注射)和较大的成像深度(最大2 mm)。我们还研究了GERTs朝向SLNs的动态迁移行为,在皮下注射2小时后部分探针进入SLNs,并在SLNs内停留超过24小时,留给医生充足的时间窗口进行手术。此外,SLNs的定位还可以通过价格低廉的商用便携式拉曼光谱仪来实现。因此,拉曼光谱技术在术中精确定位SLNs方面显示出巨大的应用潜力。在第四章中,我们进一步研究了GERTs的光热转化能力,并探索了基于GERTs的拉曼成像导航术中实时诊断和热疗治疗残余微肿瘤的可行性。结果表明,GERTs可以超灵敏且特异性地识别切除床边缘浸润的微小残余瘤及转移,结合探针较好的光热转化能力,通过光热治疗杀死残余瘤,实现肿瘤的术中治愈。术中肿瘤诊治一体化策略减少了术中的肿瘤残留及术后放化疗的副作用。这些结果证实了将GERTs用作肿瘤诊治一体化平台的可行性,有助于实现残余瘤的清除。在第五章中,为了对不可切除的播散性晚期卵巢癌进行检测和治疗,我们构建了载顺铂的多功能缝隙增强拉曼探针(C-GERTs),用于术中精准定位晚期卵巢癌的多个病灶点并进行定点的热化疗联合治疗。体外和体内的实验结果都表明基于C-GERTs的热化疗可以较好的抑制肿瘤并延长荷瘤小鼠的生存期。得益于探针独特的拉曼信号,在实验中,我们可以检测到最小直径仅有1 mm的微肿瘤。C-GERTs尤其适用于晚期卵巢癌这种具有多个微小病灶点的肿瘤,不仅可以检查出大部分的病灶,还可以实现术中定点的热化疗联合治疗,最大程度减少对正常组织的损伤,改善卵巢癌患者的预后。
【图文】：

视图,术中,布洛卡,导航屏幕

- 3 - 成像数据被用于更新导航系统；上部：术前局部布洛卡区（2）瘤残余（1）；下部：相应的导航屏幕上描绘了 t1 轴向切片（示的左右方向改变，以便更方便地对应到术中视图）[12]。rative MRI image data were used for updating the navigation systeme view with superimposed contours depicting the tumor remnant (1localized adjacent Broca area (2); lower part: corresponding navigatweighted axial slice (please note that the left-right orientation was co that the correspondence to the intraoperative view is visible more向人体组织发射超声波，通过对超声波与人体组织作收处理，获得体内器官的图像，供医生诊断。术中超声相对常规的术中影像技术，已被证实有潜力识别大多数织与囊肿。术中超声费用低廉[19]，对人体组织无损伤

术中超声,损伤区域,成像,不清晰

改变区域（RC）的术中超声成像结果显示出损伤区域的边界非常不operative ultrasound image of radiation-induced changes (RC) showing tdefined margins of the lesion[13].成像作为一种光学成像手段，避免了对组织的放射性损伤手术过程中的视觉检查和触诊相比，它提供了更高的分辨3 所示[14]。荧光成像的速度非常快，可以进行实时成像[20]。外加的荧光信号分子，对需要成像的组织器官进行标记。肿瘤特异性的荧光探针结合，能够定位肉眼观察或触诊难而帮助外科医生更准确更彻底地切除肿瘤组织[14]。但是术中也遭遇了较大的挑战。首先，由于组织本身的不透明，或衍射，，导致术中荧光成像的穿透深度有限；而且组织本光，所有这些都会使信号收集变得模糊。其次，由于荧光号分子或探针，而体内的生理环境又相对复杂，这就要求探针在体内必须具备良好的荧光稳定性，不易光漂白，并变部位，对病变部位进行特异性成像[20]。目前，已经被美
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R730.5;O657.37

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