随着临床医疗技术的发展,肿瘤患者的五年生存率有了一定的提高,但大多数肿瘤尤其是晚期肿瘤的治愈率仍难令人满意。随着研究的深入,我们认识到肿瘤在宏观上虽仅表现为一个瘤块,但其内部结构组成实际上极其复杂,不仅存在肿瘤细胞组分,还有极其复杂的肿瘤微环境组分。肿瘤微环境包括内皮细胞,周细胞,癌症相关成纤维细胞,炎症细胞,以及可溶性生长因子及其受体,胶原蛋白,弹性蛋白,微纤维蛋白和蛋白多糖等。与正常组织相比,肿瘤微环境中存在血管异常,缺氧,酸性pH,自噬和代谢改变等特点。肿瘤微环境对肿瘤的治疗,复发,浸润转移都有密切的调节作用,主要体现在抑制药效,限制免疫细胞浸润肿瘤,促进肿瘤复发转移,降低肿瘤治疗效果等方面。在本论文中,针对上述肿瘤微环境中存在的问题,我们设计了一系列多功能的无机金属纳米粒子,希望能够对肿瘤微环境进行诊断并提高肿瘤的治疗效果。本文的研究目的有以下几点所示:(1)针对肿瘤内部乏氧的微环境对光动力治疗肿瘤的效率较低以及光动力过程中进一步消耗氧气加剧肿瘤乏氧促进肿瘤复发再生的问题,我们制备了一种多功能的钨酸铋纳米粒子(Bi2WO6 NPs)。这些Bi2WO6NPs可以在没有氧气的情况下在水溶液中和激光照射下有效地把水转化为·OH,从而杀死癌细胞并有效地破坏实体瘤,为无耗氧PDT治疗开辟了新的途径。这些Bi2WO6NPs含有高原子序数的W(Z=74)和Bi(Z=83),所以它们也显示出优异的CT成像能力,在PDT中具有CT成像指导功能。此外,由于它们强烈的局部表面等离子体共振,Bi2WO6NPs具有把激光能量转化为热的能力,这将有助于光热疗法(PTT)消除肿瘤。据我们所知,这是开发多功能的纳米粒子来集成CT成像,PTT和无氧PDT的能力于一体的第一次尝试。我们相信,这种新型系统将通过克服PDT加剧的肿瘤缺氧问题,在未来的临床实践中发挥积极作用。(2)由于发展异常,肿瘤组织的ROS相对于正常组织较多,对应的自噬程度也和正常组织大有不同。在肿瘤生成的最开始阶段会产生基因突变,自噬这个时候主要是除去基因突变的异常细胞。然而,当肿瘤发展到晚期甚至出现转移时,自噬这个时候成为肿瘤进一步恶化的帮凶并且为肿瘤提供能量。因此,自噬对肿瘤的治疗效果具有决定性的影响,体内监测自噬具有重要临床。我们提出了基于自由基共轭磁性纳米颗粒的自噬响应磁共振成像用于活体监测肿瘤内自噬动态变化的新技术。在没有自噬的情况下,NO·自由基和Fe3O4NPs都是稳定的,并且分别有助于观察增强的T1和T2加权成像。同时,自噬的出现伴随着大规模活性氧自由基(ROS)的产生,会淬灭NO.的T1信号。在此基础上,我们通过监测对自噬响应的T1信号强度和对自噬不敏感的T2信号强度的比值变化来动态检测肿瘤的自噬状态。通过这种监测手段,我们发现:Fe3O4-NO·NPs的磁热疗会诱发自噬水平的提高,并且诱发的自噬会为存活的肿瘤提供能量供它们存活下来;添加自噬抑制剂可以显著改善磁热疗对肿瘤的治疗效果。这种监测体内与ROS相关的自噬的新方法,使我们能够深入了解自噬如何影响癌症治疗的效果(3)目前免疫治疗是治疗肿瘤最有效最受欢迎的方法之一。主要是通过免疫微环境中的免疫细胞来杀伤肿瘤,抑制肿瘤的复发、再生和转移。然而,乏氧的肿瘤微环境往往会通过抑制T细胞进入肿瘤区域来诱导免疫抑制。同时肿瘤缺氧也可以通过促进肿瘤微环境中的骨髓源性抑制因子(MDSC)细胞的积累,具有启动免疫抑制的肿瘤微环境的潜力。我们设计了多功能的PM-BiWNPs用于实现肿瘤的主动靶向和级联释放以及级联RT增敏,这将在治疗原发肿瘤中发挥特别决定性的作用。更重要的是,经PTT/PDT治疗后,单纯RT引起的肿瘤缺氧情况发生了显著逆转,有效下调了 ENTPD2调控的MDSC,进而成功招募到了细胞毒性T淋巴细胞抑制肿瘤复发转移。我们的研究结果为提高免疫治疗效果和肿瘤转移患者的存活率提供了新的希望。