低频率射频诱导的磁流体热疗治疗大鼠移植性皮下瘤的可行性研究

摘要

研究背景：
　　 射频热疗因对深度组织均匀加热的特性奠定了其在肿瘤热疗中的重要地位。常用的电容式射频热疗主要不足是加热区域与非加热区域边界模糊，不能进行高选择性加热，及较严重的脂肪过热问题，而且加热治疗时需要达到较大的功率(1000W～2000W)，限制其在临床上的应用。目前国内外的许多物理学家和工程学家欲利用工程学的原理来解决这些问题，但因种种原因收效甚微，难以实现理想的加热。突破其技术瓶颈的关键是改进加热技术。
　　 20世纪60年代，Gilchrist提出磁感应热疗概念并证明磁性颗粒可以在体内选择性的沉积并加热肿瘤组织。这种方法已成为肿瘤热疗新方法的重要研究方向和突破口。
　　 传统低功率(0～200 W)电容式射频热疗仪是理疗科常用的仪器，属于温热疗法，体内组织加热温度不能达到肿瘤治疗的有效温度(50℃)，也不能对肿瘤组织进行适形化治疗。为突破射频热疗的局限性，课题拟结合低功率电容式射频热疗仪温热疗法和磁性纳米颗粒的适形化热疗两者的优势，通过观察纳米磁流体在低功率射频电场下的温升行为，初步探讨低功率射频诱导的磁流体热疗治疗大鼠移植性皮下瘤的可行性。
　　 第一部分低功率射频电场下的磁流体产热效能研究
　　 目的：观察低功率射频电场下磁流体的温升行为，观察其不同功率、浓度、剂量和时间的升温情况，并对其发热机制进行初步分析，为后续的体内实验提供理论依据。
　　 方法：观察不同浓度和不同剂量的磁流体，分别在不同功率的射频电场作用下的升温行为。
　　 结果：在90W～150W电场作用下，蒸馏水、牛理盐水和磁流体(浓度为50-150mg/mL)都可升温，随射频电场和磁流体浓度加大，升温速度更快，峰值温度越高。50-150mg/mL浓度配比的磁流体均能够升温，但其升温速率及所能达剑的最高温度明显依赖于磁流体浓度。纳米磁流体的升温速率和温度与磁流体剂量呈正相关。
　　 结论：在90-150W射频电场作用下，Fe3O4磁性纳米粒子升温较快，其温度明显高于同等条件下的生理盐水和蒸馏水。当射频功率为150W时，0.5-3.0 mL(150 mg/mL)纳米磁流体温度均可超过50℃，甚至达到70.2℃。纳米磁流体的热效应主要取决于四个因素：即射频电场的功率、磁性纳米粒子的浓度、数量和作用时间。在射频电场作用下，纳米磁流体的温度可以达到治疗肿瘤的有效温度范围，有望用于肿瘤热疗。
　　 第二部分射频电场下磁流体在大鼠肌肉组织内的产热效能研究
　　 目的：探讨低功率射频电场下Fe3O4纳米磁流体在大鼠正常肌肉组织内的升温性能。
　　 方法：将32只正常的大鼠随机分为4组：即磁流体热疗A组(90W)、磁流体热疗B组(110W)、磁流体热疗C组(130W)、磁流体热疗D组(150W)。所有大鼠在右大腿肌肉内注射磁流体24h后置于射频电场下，在预定功率下加热30min，观察磁流体介导射频热疗的升温效果。所有大鼠分别于热疗前和热疗后1d取血检查血常规及肝肾功能，每组随机选取2只大鼠于注射磁流体即时、注射后1h、24h及热疗后行CT扫描了解磁流体分布。
　　 结果：磁流体体内可在5～10min内升至50℃，通过手动调节磁场强度可将磁流体区域控制在相对稳定的范围内50℃±2℃，而其余组织和直肠升温不超过40℃。CT可清晰地显示体内磁流体局限性的高密度影。热疗前后各组间同时间点的血常规、肝肾功能比较均无明显差异(P>0.05)。
　　 结论：在射频热疗作用下，纳米磁流体升温速率随射频功率而加快，在大鼠肌肉组织内可达到50.0℃治疗作用的温度，并且能通过调节输出较好控温。在大鼠体内，磁流体具有较好的生物相容性，没有严重的毒副作用。
　　 第三部分 Wistar大鼠Walket-256移植性皮下瘤模型的建立
　　 目的：建立Wistar大鼠Walker-256皮下瘤模型，为该模型的应用提供实验依据。
　　 方法：采用腹水瘤法将含Walker-256肿瘤细胞的Wistar大鼠腹水接种于大鼠右大腿外侧，建立Wistar大鼠Walker-256肿瘤模型。分别于接种后8d、14d、21d及28d，用游标卡尺、超声及MRI检查比较三种方法对肿瘤检测率的敏感性及肿瘤体积的评判，每次检查后随机处死2只荷瘤鼠，测量肿瘤的实际大小取标本进行病理学鉴定，并与超声、MRI结果进行对照。
　　 结果：Wistar大鼠Walker-256皮下瘤种植成功率为95.56％，模型鼠生存期为32.15±1.26天，且该法建立的肿瘤大小较一致，同期间比较无显著性差异(P>0.05)。超声、MRI与实际测得肿瘤的体积比较差异无显著性(P>0.05)，三者具有很好的一致性。
　　 结论：Walker-256细胞原位移植Wistar大鼠建立肿瘤模型方法简单、重复性好、实验周期短、成功率高，且价格低廉，是研究肿瘤的理想动物模型。超声和MRI能有效的监测肿瘤大小及其变化。
　　 第四部分低功率射频诱导的磁流体热疗治疗大鼠移植性皮下瘤的可行性研究
　　 目的：初步探讨低功率射频诱导的磁流体产热治疗大鼠移植性皮下瘤的可行性。
　　 方法：将接种7～9天的荷瘤鼠随机分为5组：即假治疗对照组(PT组)、生理盐水组(NS组)、磁流体对照组(MF组)、磁流体热疗Ⅰ组(MFH1组)、磁流体热疗Ⅱ组(MFH2组)。MFH1组在直接瘤内注射磁流体24h后在射频电场下加热30min，MFH2组在72h后重复加热一次。比较各组肿瘤体积的大小、肿瘤体积抑制率、生存期和血清IL-2、IL-10的含量。
　　 结果：MFH2组治疗后的第1-4周的肿瘤体积抑制率分别为40.82％、72.32％、60.41％、70.26％；MFH1组的分别为32.46％、50.62％、48.86％、39.35％。与对照组相比，MFH1组和MFH2组均能抑制肿瘤的生长(P<0.05)。与MFH1组比较，MFH2组抑瘤作用更显著，有28.57％的肿瘤消退率(P<0.05)。MFH1组和MFH2组的生存期分别为43.10±1.57d、52.64±2.28d，比对照组的32.15±1.26d明显延长(P<0.05)。MFH2组与MFH1组的生存期之间的差异亦具有显著性(P<0.05)。MFH2与MFH1组的血清IL-2比其它组均有明显升高(P<0.05)而IL-10含量显著降低(P<0.05)，且两组之间差异亦具有统计学意义(P<0.05)。
　　 结论：MFH1组和MFH2组肿瘤组织的温度均能达到较理想的稳态肿瘤治疗温度(50℃)，均能抑制Walker-256皮下移植瘤的生长，延长大鼠的生存期，但是以MFH2组的作用更为显著，甚至可以达到肿瘤完全消退的效应。