超顺磁性氧化铁纳米粒子在肿瘤诊断及治疗方面的应用

超顺磁性氧化铁纳米粒子(superparamagnetic iron oxide nanoparticle, SPION)由于其独特的性质,如低毒、生物相容性、强大的磁性,以及在多功能模式中的优越作用,在肿瘤诊断、构建多模态肿瘤分子影像探针及治疗方面展现出巨大的潜力,今后可以在临床上提高肿瘤诊断的特异性、敏感性,实现诊疗一体化,本文从SPION的成像机制、合成方法出发,阐述近年来SPION在肿瘤的各种靶向成像、多模态成像和治疗方面的研究进展,展望未来SPION在肿瘤诊断及治疗中的发展前景,旨在为更好地构建基于SPION的新型诊疗一体化肿瘤探针提供参考。

超顺磁性氧化铁纳米粒子诊断与治疗乳腺癌的研究进展

在乳腺癌的诊疗过程中,常规药物存在靶向性较差和严重的不良反应等缺陷。近年来,具有高选择性及优异成像性能的超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)已成为影像学领域的研究热点。SPION是一种具有磁性的纳米材料,其以氧化铁为核心,置于较弱的外磁场中就可产生较强的磁性。新型SPION具有尺寸小、生物相容性好、制备流程简单和生产成本低等优点,且具有较好的磁响应能力,有望作为医学成像探针和药物靶向递送系统的载体,在提高肿瘤影像学特异性诊断和实现更精确给药等方面都具有良好的医学应用前景。在乳腺癌影像学诊断和治疗中,SPION可作为分子靶向造影剂用于磁粒子成像观察,还可应用于化疗药物递送、基因传递、免疫治疗和光动力治疗等。随着以SPION为核心的临床试验进一步开展,SPION在乳腺癌诊疗中的应用将进一步拓展。

超顺磁性氧化铁纳米粒子SPION-dopa-PEG-DOTA/RGD的^(64)Cu标记、纯化及生物分布

对64 Cu标记超顺磁性氧化铁纳米粒子SPION-dopa-PEG-DOTA/RGD的标记及纯化条件进行探索,并根据其在小鼠体内的生物分布研究结果,揭示其主要的代谢方式。通过对标记过程中配体浓度、温度、时间等条件的改变,探究64 Cu标记SPION-dopa-PEG-DOTA/RGD的最优条件;并采用二乙基三胺五乙酸(DTPA)螯合标记混合物中游离的64 Cu,经PD-10柱纯化后得到放化纯较高的标记物;采用快速薄层层析法测定标记物的标记率和放化纯;分别测定了标记物的体外稳定性和脂水分配系数;将64 Cu标记的氧化铁纳米粒子经尾静脉注射到正常鼠的体内,分别于注射后不同时间点取各脏器,称重、测定放射性计数率,计算每克组织的百分注射剂量率(%ID/g)。经条件优化后得到的64 Cu-SPION-dopa-PEG-DOTA/RGD的标记率为63%,PD-10柱纯化后放化纯大于95%,水溶性良好,且放化纯在标记后12h内在磷酸盐缓冲液和人血清白蛋白中表现出了较高的稳定性;动物体内生物分布实验显示,该标记物在小鼠体内主要经肝脏代谢,肾脏排泄,血液中放射性清除较快。该标记物可用于后续的PET/MRI双模态显像的研究。

^(131)I标记贝伐单抗偶联载紫杉醇超顺磁性氧化铁纳米粒的制作及生物分布实验

为了研究^(131)I标记贝伐单抗偶联载紫杉醇超顺磁性氧化铁纳米粒(^(131)I-Bevacizumab-Paclitaxel-Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles,^(131)I-BEV-PTX-SPIONs)的制备和生物学分布。将30只成瘤裸鼠分为单靶向组及双靶向组,再按时间点2 h、6 h、12 h、24 h及48 h分为5个亚组,每亚组各3只,尾静脉注射^(131)IBEV-PTX-SPIONs后,进行生物学分布及单光子发射计算机断层成像术(Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT)显像。^(131)I-BEV-PTX-SPIONs的粒径约220 nm,分散性尚可;^(131)I标记率为81.4%;放射性化学纯度(Radiochemical Purity,RCP)>99%;在PB缓冲液中稳定性良好;在体外PTX(Paclitaxel)缓释性能良好;与A549细胞有较好的亲和力。体内生物学分布结果:随着时间的延长,肿瘤组织的放射性计数相对增高,12 h达高峰;T/NT(Target to Nontarget)比值逐渐升高,48 h达7.80±0.50。6 h、12 h、24 h、48 h时,双靶向组的肿瘤组织放射性计数及T/NT比值均高于单靶向组,差异均具有统计学意义(P<0.05),且差异性随着时间延长越来越显著。SPECT显像结果:2 h肿瘤部位即有放射性聚集,且随着时间的延长,放射性聚集增加并持续稳定,T/NT比值持续上升。初步研究结果显示,^(131)I-BEV-PTX-SPIONs具有用于肺癌诊疗的潜质,值得进一步研究。

磁共振造影剂超顺磁性氧化铁纳米粒在生物医学中的应用研究进展

纳米技术的飞速发展为解决医疗领域的难题提供了新思路^([1]),而纳米医学是将纳米技术与制药和生物医学相结合以开发效率更高、安全性和毒理学特征更好的药物和显像剂的一个新兴领域^([2]).超顺磁性氧化铁纳米粒子(Superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPION)是美国FDA批准的纳米粒子之一,具有合成简单、生物相容性好、功能性强、可用多种化学试剂进行表面修饰等优点,可应用于磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)、磁粒子成像(Magnetic particle imaging,MPI)、磁热疗、靶向治疗、生物传感及再生医学等多种医学领域^([3-7]).本文就MRI造影剂SPION在生物医学中的应用研究进展进行了综述.

超顺磁性氧化铁纳米粒子的制备及性能检测

目的:制备超顺磁性磁共振对比剂四氧化三铁纳米颗粒,并检测其物理和磁学性质,以探讨作为反义基因载体的可能性。方法:共沉淀一步法制备葡聚糖包被的四氧化三铁纳米颗粒,采用X射线粉末衍射法分析其结构,用透射电镜及原子力显微镜测量其大小及分布,用振动样品磁强计检测磁化率等参数。结果:所得样品核心为四氧化三铁晶体,核心粒径为5nm左右,包被葡聚糖后整体颗粒直径为20～35nm,驰豫率为0.155×106(/mol.s),质量饱和磁场强度为69.42162emu/g Fe。结论:制备的样品具有粒径小,分散性好,超顺磁性等优点,符合作为磁共振对比剂的要求,可以作为磁共振成像反义基因载体。

超顺磁性氧化铁纳米粒子在肝癌诊断与治疗中的研究进展

超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)作为MR负性对比剂被广泛认知,通过对其进行表面修饰,可明显提高其生物相容性与作用效果。利用外加磁场及交变电流,SPION还可具有靶向传递和磁热疗的作用。本文旨在对SPION在肝癌诊断和治疗方面的研究进展进行综述。

油酸改性超顺磁性氧化铁纳米粒子的制备

以氯化亚铁和氯化铁为原料,通过共沉淀法制备了亲水性的超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION),然后对油酸的羧基进行活化,采用化学方法制备油酸改性超顺磁性氧化铁纳米粒子(O-SPION)。用XRD、FTIR、DLS、TEM对产物结构进行了表征,并通过MTT法检测了O-SPION对人肝癌细胞HepG2的毒性作用,普鲁士蓝染色法检测了其细胞摄取能力。结果表明:合成的O-SPION形态规则,其核心粒径为(12±1.5)nm,Zeta电位为(36±1.5)m V,可在有机溶剂中形成稳定的磁流体。体外细胞实验显示,当O-SPION质量浓度最高为800 mg/L时,O-SPION对HepG2细胞无明显毒性。普鲁士蓝染色图可见,O-SPION较未改性的SPION细胞摄取量明显增多。

超顺磁性氧化铁纳米粒子和CM-DiI荧光双标记骨髓间充质干细胞

背景:细胞移植疗效监测取决于有效的标记方法,从而能够对移植细胞进行示踪。超顺磁性氧化铁纳米粒子(superparamagnetic iron oxide,SPIO)是一种较为理想的新型磁共振对比剂,用SPIO标记细胞可实现对移植细胞进行活体示踪。而荧光活性染料CM-DiI无细胞毒性,不影响细胞的生长,适合标记和示踪细胞。目的:观察SPIO及CM-DiI对骨髓间充质干细胞的标记及示踪效果。方法:全骨髓法培养猪骨髓间充质干细胞,用含50mg/L铁浓度的SPIO及CM-DiI标记骨髓间充质干细胞,将双标后的骨髓间充质干细胞经冠状动脉注入猪心肌梗死模型。4周后取心脏组织行冰冻切片观察。结果与结论:SPIO及CM-DiI在体外标记骨髓间充质干细胞效率高,几乎达100%。经冠状动脉移植4周后心肌组织可找到双标记的骨髓间充质干细胞,结果提示SPIO及CM-DiI双标记骨髓间充质干细胞体内示踪效果好。

超顺磁性氧化铁纳米粒子在脑磁共振成像中的应用

超顺磁性氧化铁纳米粒子的磁性及生物相容性,使其在生物医学多个领域的应用研究都逐渐发展起来。本文介绍磁共振成像(MRI)及脑功能磁共振成像(fMRI)基本原理。列举不同性能的磁性氧化铁粒子作为磁共振成像对比剂在脑科学应用中的研究进展。表面结合单克隆抗体、蛋白质、多肽、核苷酸分子或其它特殊聚合物的磁性氧化铁粒子具有吸收特异性(靶向性),结合MRI可实现对脑部病变前期改变、药物输运及治疗的监测,对细胞、生物分子包括mRNA的成像及探测。经葡聚糖或聚乙二醇修饰的超顺磁性氧化铁纳米粒子血液半衰期较长,可作为对比剂用于脑fMRI成像。控制氧化铁纳米粒子的粒度及表面修饰物的物理化学性质、提高饱和磁化强度、借以接枝以各种靶向性的物质、开发具有荧光-磁性等多种性能的复合纳米粒子及掌握纳米粒子与生物分子、细胞、及生物组织之间的相互作用,则需要更深入的研究。

超顺磁性氧化铁纳米粒子的制备、表征及生物相容性研究

目的研究用于肿瘤磁流体热疗的超顺磁性氧化铁纳米粒(以下简称纳米粒)的制备、表征及其生物相容性,为其临床应用奠定基础。方法采用改良的化学共沉淀法制备纳米粒。采用透射电镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、能谱分析(SEM-EDS)、振动样品磁强计(VSM)等手段对其形貌、物象、成份、磁性能等表征进行观察;MTT试验评价其体外细胞毒性;溶血试验评价其溶血作用;小鼠腹腔注射纳米粒混悬液测定其急性毒性;微核试验评价其致畸、致突变作用。结果相关检测结果显示,纳米粒形态规则、密度均匀,粒径约为23 nm;其成分为Fe与O两种元素。纳米粒对L-929细胞的毒性为0～Ⅰ级;无溶血作用及致畸、致突变作用。结论本研究成功制备了纳米粒;该纳米粒具有良好的生物相容性,在肿瘤热疗领域具有一定应用前景。

超顺磁性氧化铁纳米粒子标记羊骨髓间充质干细胞的体外实验研究

目的:探究超顺磁性氧化铁纳米粒子体外标记羊骨髓间充质干细胞的最佳方案,进行磁共振扫描,观察与三维打印组织工程骨支架复合培养的效果。方法:取超顺磁性氧化铁纳米粒子与多聚左旋赖氨酸的复合物标记第3代羊骨髓间充干细胞,将两者(各mg/L)按配比分为4组,A组:25:0.75、B组:50:1.5、C组:100:3和D组:200:6,分别在4h、24h和48h检测细胞标记阳性率、存活率和增殖活力,选最佳方案组进行磁共振成像、观察细胞内外粒子分布并与支架复合培养。结果:A组、B组细胞标记24h和48h普鲁士蓝染色阳性率最高,均达100%,细胞外未见纳米粒子聚集块形成;A组细胞标记4h、24h细胞存活率最高,与对照组差异无统计学意义;4组纳米粒子标记不同时间均未影响细胞增殖活力;在3.0T磁共振成像下至少可检测到A组5×103个细胞;纳米粒子分布于胞浆内、可与支架有效粘附。结论:超顺磁性氧化铁纳米粒子与多聚左旋赖氨酸配比为25:0.75(mg/L)时,标记第3代羊骨髓间充质干细胞24h为最佳方案,可粘附于三维打印组织工程骨支架表面。

高精度原子力显微镜用于超顺磁性氧化铁纳米粒子的表征

目的：将高精度原子力显微镜用于葡聚糖包被的超顺磁性氧化铁（SPIO）纳米粒子表征,探讨它作为载体用于磁共振成像的可能性。方法：通过共沉淀法合成SPIO,分别采用透射电镜和高精度原子力显微镜对粒子进行观察。结果：透射电镜显示葡聚糖包被的SPIO核心部分即铁粒子外形主要为球形,分布比较均匀,粒径不超过5nm,不能显示葡聚糖包被后的整个粒径;而高精度原子力显微镜显示葡聚糖包被的SPIO呈立方体形,颗粒均匀,核心铁粒子直径在5nm内,葡聚糖包被后的实际粒径在20-35nm之间。结论：对于葡聚糖包被的SPIO表征检测,高精度原子力显微镜大有可为。

超顺磁性氧化铁纳米粒子在精准医疗中的研究进展

精准医疗对疾病的诊断和治疗提出了更高的要求。超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)因具有良好的超顺磁性,不仅可用于疾病的诊断和治疗,还可作为示踪剂用于疾病的动态监测,在分子影像研究中越来越受到重视。本文就SPION在精准医疗中的研究进展进行综述。

醇热解法合成超顺磁性氧化铁纳米粒子及其性能

以甲氧基聚乙二醇同时作为溶剂、还原剂及修饰剂,在高温下分解乙酰丙酮铁,制备了纳米Fe3O4粒子,采用透射电子显微镜和X射线衍射分析表征材料的形貌和相组成,傅里叶变换红外光谱仪表征材料的表面修饰物,超导量子干涉仪测试合成的纳米粒子的磁性能,纳米粒度与zeta电势分析仪测试磁性纳米粒子在水中的zeta电势。结果表明,纳米Fe3O4粒子的大小为(10.1±1.6)nm,粒度均一,单分散性好,在300 K下具有超顺磁性,饱和磁化强度为45 A.m2/kg。红外结果表明,—COO-共价结合在粒子表面。zeta电势为-25 mV。其在水中的稳定性与以三甘醇为反应介质、高温分解法制备的纳米Fe3 O4粒子作比较,表现出长时间(60 d以上)的良好分散性。静电作用及空间位阻效应是其高稳定分散性的原因。

CFSE荧光负染法检测RAW264.7小鼠单核巨噬细胞白血病细胞摄取超顺磁性氧化铁纳米粒子

目的:探讨CFSE荧光负染法用于检测RAW264.7小鼠单核巨噬细胞白血病细胞吞噬超顺磁性氧化铁纳米粒子(super paramaganetic iron oxide nanoparticles,SPIO)的可行性及其荧光特征。方法:体外对RAW264.7细胞进行SPIO的标记,然后分别采用普鲁士蓝染色方法和CFSE荧光负染法检测RAW264.7细胞对SPIO的摄取情况;用台盼蓝染色法检测CFSE荧光负染细胞的活力;应用激光扫描共聚焦显微镜进行荧光负染法检测RAW264.7细胞对SPIO的摄取。结果:普鲁士蓝将RAW264.7细胞内吞噬的SPIO标记为醒目的蓝色,核固红将细胞核标记为红色,在荧光图像上表现为荧光负染区,呈筛孔状。CFSE荧光负染法与普鲁士蓝染色法的检测结果具有很好的对应性。RAW264.7细胞经过SPIO和CFSE双重标记后,对细胞活力的影响较小,死细胞比例较低。结论:CFSE荧光负染法可用于RAW264.7活细胞吞噬SPIO的检测,同普鲁士蓝染色法具有很好的对应性,两者的检测结果可相互印证。

超顺磁性氧化铁纳米粒子增强Jurkat T细胞的活力和增殖能力

目的观察超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)对T淋巴细胞型白血病细胞株Jurkat E6-1细胞增殖和活力的影响。方法常规培养Jurkat E6-1细胞,将一定浓度的SPION加入经CFSE负载的Jurkat细胞中不同时间,然后用PBS将细胞外的SPION洗去,再换用完全培养基培养一定时间,最后采用流式细胞术定量检测Jurkat细胞的增殖情况,用CCK-8细胞活力测定试剂盒检测Jurkat细胞的活力。结果 SPION(20μg/ml)促进Jurkat细胞增殖,使已分裂细胞百分比增高(与对照值相比,P<0.05),分裂指数增高(与对照组相比,P<0.05);SPION也使Jurkat细胞的活力显著增强(与对照组相比,P<0.01)。此外,SPION对Jurkat细胞有钙动员作用,可使Jurkat细胞的胞内游离钙水平显著增高。结论 SPION能促进Jurkat细胞增殖,并增强其活力;这些效应与其钙动员作用有关。

声诺维超声辐照改善超顺磁性氧化铁纳米粒子对肝癌细胞Hep-G2体外标记效果

目的探讨声诺维超声辐照改善体外超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPIO)对肝癌细胞Hep-G2标记效果的可行性。方法 7组不同浓度的SPIO在体外与Hep-G2细胞混合,在加入声诺维后采用超声处理1 min,然后监测细胞标记效率、细胞活性和增殖能力。挑选标记效果好,且增殖能力影像小的375μg[Fe]/mL SPIO浓度组,分别以细胞密度为1×102,1×103,1×104,1×105,1×106,及1×107(个细胞/mL),用临床1.5T磁共振进行扫描。结果实验组中所有7个亚组的标记率都超过90%,两组对照组标记率约为2%。Hep-G2细胞活率随SPIO浓度增加而减低,其在500μg[Fe]/mL、625μg[Fe]/mL、750μg[Fe]/mL和875μg[Fe]/mL的活率分别为59.7%±7%、47.76%±9%、46.27%±10%和43.28%±7%,提示当SPIO浓度达到或大于500μg[Fe]/mL时对HepG2细胞具有明显毒性,但其增殖活性并无明显差异。体外磁共振扫描结果显示T2W1序列信号减低,能敏感显示SPIO浓度的变化;其信号强度与细胞浓度呈负相关(P<0.05)。结论声诺维超声辐照确实能改善体外SPIO对肝癌细胞Hep-G2的标记效率,MRI可切实、敏感地对其进行检测。

不同粒径超顺磁性氧化铁纳米粒子的合成及其在交变磁场中的磁热效应

采用多醇热解法制备3种不同粒径的超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPIONs),合成的SPIONs含Fe_3O_4晶相,分散性好,平均粒径分别为8.7,12.6nm和15.3nm,且在300K下,3种SPIONs均呈超顺磁性。将不同粒径、不同浓度的SPIONs水分散液置于频率为425kHz、磁场强度为5.3kA·m^(-1)的交变磁场(ACMF)中进行升温实验。探讨比能量吸收率值与SPIONs粒径之间的关系,计算布朗弛豫时间及尼尔弛豫时间。结果表明:SPIONs水分散液的升温速率随SPIONs的粒径增大而增大,初始温度为20℃时,粒径为8.7,12.6nm和15.3nm的SPIONs水分散液(2mg·mL^(-1))在480s内温度分别升高了25,27,35℃。尼尔弛豫时间比布朗弛豫时间小,说明磁热效应主要来自于尼尔弛豫损耗。SPIONs粒径越大,比能量吸收率SAR值越高,最高可达810W·g^(-1),且SAR值与SPIONs水分散液的浓度呈负相关关系。