基于Au@FeS纳米颗粒的多模态成像引导下的肿瘤放疗增效研究

摘要

癌症是当前威胁人类健康的一种重大恶性疾病。恶性肿瘤的放射治疗是目前临床癌症治疗的主流手段之一。放射治疗就是用放射性射线来杀死癌细胞达到治疗肿瘤的目的，主要包括利用外照射射线（如 X射线、电子束等）对肿瘤病灶进行照射（俗称外照射）和将放射性核素引入到体内从而实现对肿瘤的近距离辐照（俗称内照射）这两大类别。目前肿瘤放射治疗广泛应用于临床，但不可避免，放疗对肿瘤周围的正常组织也造成了不可避免的伤害；另外，重复的放射治疗之后放射性射线可能会引起癌细胞的耐药性，造成治疗结果不理想。因此，如何改进现有肿瘤放射治疗方法，并整合新兴的其他肿瘤治疗手段实现基于放射治疗的联合治疗，有望为放射治疗这一传统肿瘤疗法的进一步发展和优化带来新的机遇。
　　功能纳米材料由于其独特的物理化学性，在肿瘤诊疗一体化中展示巨大的应用前景。在本论文中，我们制备了具有诊疗一体化多功能的纳米探针，实现影像导航下的肿瘤光学治疗和放射治疗联合治疗。更重要的是，我们发现微弱的近红外照射肿瘤部位可以增加肿瘤局部的氧供，促进肿瘤乏氧微环境的改善，进一步提高肿瘤细胞对放射治疗的敏感性，增加肿瘤的治愈率。
　　目的：
　　制备合成新型的核壳结构Au@FeS纳米材料，并对其进行适当的表面修饰，研究该功能材料的生物安全性和稳定性。在细胞水平上研究基于该功能纳米材料的协同治疗效果。与此同时，在活体水平，探索该功能纳米材料在肿瘤模型上的成像效果以及改善肿瘤乏氧微环境的能力。在此基础上，利用Au@FeS纳米材料特定的性质对4T1乳腺癌癌小鼠肿瘤模型模型进行协同治疗，以期实现良好的肿瘤抑制效果。
　　方法：
　　用高温油相反应制备核壳Au@FeS纳米颗粒并使用层层包裹法对该纳米材料进行适当表面修饰，使其具有良好的稳定性和生物相容性。采用X射线粉末衍射仪、紫外分光光度计、纳米粒度仪、透射电镜以及高分辨透射电镜等，对材料进行表征，并用磁共振成像系统和热成像仪对该纳米材料的性能进行评价。在细胞实验中，使用MTT法对该纳米材料对4T1肿瘤细胞的杀伤作用进行评价。采用细胞克隆法、荧光免疫法、免疫组化等方法对纳米材料的放射治疗增敏效果进行评价，并对放射治疗增敏机制进行探索。在动物实验中，建立4T1小鼠肿瘤模型，瘤内注射表面修饰有PEG的Au@FeS-PEG纳米颗粒，对其磁共振成像、热成像效果进行评价，对光热治疗后的肿瘤乏氧情况进行详细的研究。利用Au@FeS-PEG纳米颗粒对活体肿瘤进行放射治疗研究，绘制出小鼠瘤体的生长曲线和小鼠的生存曲线。
　　结果：
　　1，合成了核壳结构的Au@FeS-PEG纳米材料，其结构稳定，颗粒大小均匀。
　　2，透射电镜显示该纳米颗粒为明显的核壳结构，尺寸约为100 nm，纳米粒度仪测得水合粒径为150-300 nm，紫外光谱在处300-1000 nm有明显吸收。XRD图谱和Mapping图谱进一步证明该纳米材料具有FeS壳层和Au内核。
　　3，磁共振成像显示该材料具有的T2磁共振造影增强的效果，小鼠的全身磁共振扫描显示肿瘤部位有明显清晰的T2增强效果。
　　4，小鼠的全身热成像显示肿瘤部位有明显清晰的热成像效果。
　　5，MTT实验显示Au@FeS-PEG对4T1肿瘤细胞没有造成明显毒性，克隆实验证明Au@FeS-PEG具有的放射治疗增敏作用，放射治疗增敏比为1.17。其基本机制为，Au@FeS-PEG联合X射线可增加DNA双链损伤，且在近红外光照射下Au@FeS-PEG的热疗效应通过改善肿瘤乏氧来提高放射治疗的疗效。Au@FeS-PEG的双重增敏作用可以提高肿瘤的放射治疗疗效。
　　6，对注射了Au@FeS-PEG的小鼠进行血常规、血生化分析，没有发现明显的毒性。

目录

声明

前言

论文的创新点以及不足之处

References:

第一部分 Au@FeS-PEG纳米颗粒的制备表征

材料和方法

1. 材料

2. 方法

结果

3.1. Au@FeS-PEG纳米颗粒的表征

3.2 Au@FeS-PEG纳米颗粒的T2造影增强效果

讨论

参考文献

第二部分 Au@FeS-PEG纳米颗粒的放射治疗增敏作用及其机制

材料和方法

1. 材料

2. 方法

结果

3.1 Au@FeS-PEG纳米颗粒对细胞的毒性

3.2 Au@FeS-PEG纳米颗粒的光热作用

3.3 Au@FeS-PEG纳米颗粒的光热稳定性

3.4 Au@FeS-PEG纳米颗粒对细胞的光热效应

3.5 Au@FeS-PEG的光热转换效应用于肿瘤放射治疗增敏

3.6 Au@FeS-PEG纳米颗粒对细胞的放射治疗增敏效果

3.7 Au@FeS-PEG纳米颗粒增加X射线对细胞DNA的损伤

3.8 Au@FeS-PEG纳米颗粒对荷瘤小鼠的MRI造影增强和光声（PAI）显像效果

3.9 Au@FeS-PE 纳米颗粒对荷瘤小鼠肿瘤光热与放射治疗增敏的联合治疗效果

3.10 Au@FeS-PEG纳米颗粒光热对小鼠肿瘤部位的乏氧改善效果

3.11 Au@FeS-PEG纳米颗粒对小鼠的长期的体内毒性

4讨论

5 参考文献

总结与展望

综述: 纳米材料对肿瘤放射治疗增敏及光热治疗的应用

攻读学位期间发表论文及参与课题

致谢