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第一部分.载Fe3O4及液态氟碳多功能相变型高分子造影剂的制备及性能检测 目的:以高分子材料聚乳酸-羟基乙酸(Poly-lactic-co-glycolic acid,PLGA)为外壳,液态全氟己烷(Perfluorohexane,PFH)为内核,超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒(Ferriferrous oxide,Fe3O4)分布于壳层中,制备一种磁性相变型多功能纳米乳液造影剂(PFH/Fe3O4@PLGA),检测其一般特性,并通过体外实验观察其相变能力。 方法:采用单乳化法制备载Fe3O4同时包裹PFH的高分子PFH/Fe3O4@PLGA纳米粒,另外分别制备单纯载Fe3O4纳米粒的Fe3O4@PLGA纳米粒、单纯包裹PFH的PFH@PLGA纳米粒以及空白PLGA纳米粒为实验对照组。对其表面形态、内部结构、粒径、电位等一般特性进行检测;用原子吸收光谱法测量不同浓度PFH/Fe3O4@PLGA纳米粒溶液中的Fe浓度。然后用升温及近红外光辐照两种方法于体外激发纳米粒相变,并于显微镜下动态观察整个PFH/Fe3O4@PLGA乳液发生相变的过程,探讨促发其发生相变的可行性。 结果: PFH/Fe3O4@PLGA溶于双蒸水后呈棕色乳液,光镜及扫描电镜下观察PFH/Fe3O4@PLGA呈球形,形态规则,大小尚均匀,分散度好,表面尚光滑。透射电镜观察PFH/Fe3O4@PLGA呈壳核结构,外面为高分子壳层,大量致密金属Fe3O4颗粒较均匀分布于纳米壳层结构中,中心为液态 PFH构成的内核。Malvern激光粒径仪检测出PFH/Fe3O4@PLGA平均直径为(347±61.83nm)nm, Zeta电位为(?25.2±7.25)mV。原子吸收光谱法测量不同浓度PFH/Fe3O4@PLGA纳米粒溶液(2.5μg/mL,5μg/mL,10μg/mL,20μg/mL,40μg/mL,80μg/mL,160μg/mL,320μg/mL,640μg/mL,280μg/mL)中的Fe浓度分别为0.64±0.09μg/mL,1.39±0.09μg/mL,2.66±0.30μg/mL,5.378±0.68μg/mL,10.76±1.26μg/mL,21.49±0.75μg/mL,30.0±1.27μg/mL,55.55±1.24μg/mL,117.11±2.10μg/mL,247.30±1.68μg/mL。当温度升高至一定程度或近红外光辐照,均可促发纳米粒发生相变,显微镜下可见相变后产生的微泡。 结论:成功制备了PFH/Fe3O4@PLGA多功能纳米乳液,形态规则、呈球形,大小均匀,性质稳定的。该造影剂具有良好液气相变能力及磁性能,具备超声及磁共振成像的潜能,在升温及近红外光辐照的诱发下可促发相变,是一种多功能造影剂。 第二部分.PFH/Fe3O4@PLGA多功能相变型高分子造影剂增强超声及核磁显像实验研究 目的:通过体内外实验观察PFH/Fe3O4@PLGA增强磁共振成像的效果;并于体内外实验观察PFH/Fe3O4@PLGA发生相变后对超声显影的增强效应,初步探讨其增强显像机制。 方法:制备体外核磁成像模型,应用磁共振扫描仪对不同浓度的纳米粒溶液行MR扫描测量其信号强度并用原子吸收光谱法测量各样品中Fe浓度。体内核磁显影实验,取裸鼠10只分成两组分别经尾静脉注入空白PLGA及PFH/Fe3O4@PLGA纳米溶液(浓度320μg/ml,体质量1ml/kg),注射前后行MR平扫及增强扫描,分别测量注射前后肝实质信号强度值的变化。体外超声显影实验,将1mL PFH/Fe3O4@PLGA(320μg/ml)纳米溶液通过注射器注入透明橡胶微细管(内径约2mm),于体外用升温及近红外光辐照两种方式促发PFH/Fe3O4@PLGA相变,观察纳米乳液相变后对超声显像的增强作用。体内超声显影实验,24只荷瘤裸鼠随机分成四组,用注射器在每组裸鼠肿瘤部位皮下注射0.2 ml等浓度(320μg/mL)的相应的纳米溶液(I:PLGA,II:PFH@PLGA, III:Fe3O4@PLGA,IV:PFH/Fe3O4@PLGA),按摩1min。在近红外光下进行辐照,观察辐照过程肿瘤处超声显影的增强情况。 结果:在体外核磁共振T2*加权成像显像中,不同浓度的PFH/Fe3O4@PLGA均表现出明显负性增强显像,且信号强度随纳米溶液内Fe3O4浓度的升高而下降。体内裸鼠肝脏MR成像显示,注射PFH/Fe3O4@PLGA后,肝实质信号强度显著下降。体外超声显影实验中,当温度升高超过50℃、或近红外光辐照后,均能促进PFH/Fe3O4@PLGA发生相变产生微泡,并在造影下可见明显的超声增强显影。体内超声显影实验中,近红外光辐照后实验组IV(PFH/Fe3O4@PLGA)在超声对比增强模式下明显增强超声显影,对照组(I-III)未见明显显影。 结论:PFH/Fe3O4@PLGA在体内外均具有增强磁共振显像的能力,且在升温及近红外光辐照时可以发生相变,从而增强超声显影,具备成为多模态影像学对比剂的潜能。 第三部分.近红外光联合PFH/Fe3O4@PLGA纳米乳剂增效光热治疗实验研究 目的:体内外实验观察近红外光联合PFH/Fe3O4@PLGA对肿瘤细胞及肿瘤组织的破坏作用,探讨PFH/Fe3O4@PLGA对近红外光热消融的增效作用及实现光热治疗的机制,研究其作为集诊断与治疗于一体的多功能造影剂的潜力及可行性。 方法:体外培养人卵巢癌SKOV3细胞,设置不同分组来探究近红外光辐照时间及距离的不同而引起的温度变化及对细胞凋亡率的影响,通过细胞凋亡率得出最佳辐照时间及距离。另外以Fe3O4@PLGA、PFH@PLGA、PLGA为对照,来验证PFH/Fe3O4@PLGA对近红外光热消融体外肿瘤细胞的增效作用。建立裸鼠SKOV3人卵巢癌移植瘤模型36只,于肿瘤种植后20-30天,随机分为6组:空白对照组(I),单纯近红外辐照组(II),PLGA联合近红外辐照组(III),PFH@PLGA联合近红外辐照组(IV),Fe3O4@PLGA联合近红外辐照组(V),PFH/Fe3O4@PLGA联合近红外辐照组(VI)。分别于组III-VI荷瘤裸鼠肿瘤部位局部注射0.2mL(320μg/mL)相应的纳米粒溶液,局部按摩1min。组II-VI裸鼠均接受红外光辐照(波长0.78-2.8μm,时间12min,距离15cm),并且进行两次辐照。近红外光辐照结束后24小时,取下裸鼠肿瘤组织,采集标本行HE染色、普鲁士蓝染色、细胞增殖及凋亡检测及透射电镜观察。 结果:由体外细胞的实验结果可知,近红外光辐照温度随着时间的延长而升高,随着辐照距离的增加而下降,而辐照温度越高,细胞凋亡率越高。从温度与凋亡率的关系中可得到较适宜的辐照距离为15cm,辐照时间为5min。体外实验中对比不同的纳米粒联合近红外光对肿瘤细胞凋亡率的不同影响,可验证Fe3O4/PFH@PLGA对近红外光热消融体外肿瘤细胞起到明显的增效作用。而体内实验中, HE染色显示PFH/Fe3O4@PLGA联合近红外辐照组肿瘤细胞结构明显破坏,细胞膜及核膜碎裂溶解。免疫组化检测可见大量凋亡肿瘤细胞,其凋亡指数明显高于其他各组,增殖指数却明显低于其他各组(P<0.05)。电镜观察见部分肿瘤细胞结构不完整,细胞膜和核膜失去连续性,染色质固缩、碎裂呈团块状,部分细胞器溶解消失,可见胞浆中有黑色Fe颗粒沉积。 结论:PFH/Fe3O4@PLGA纳米材料内包裹的Fe3O4在近红外光辐照下能够吸收近红外光,将光能转换为热能,从而激发其内的液态PFH产生相变。近红外光的光热效应和相变产生的空化及热膨胀效应能够有效增强近红外光对体外肿瘤细胞及体内裸鼠肿瘤组织的热消融作用,破坏肿瘤细胞及组织,增加细胞凋亡率。磁性相变型PFH/Fe3O4@PLGA高分子造影剂具有治疗肿瘤的潜能,是一种多功能造影剂。