磁性氧化鐵納米顆粒在腫瘤診療方面的研究進展

蔣革 袁玉姣 李宗諭

（1.大連大學生命科學與技術(shù)學院，遼寧大連 116622，2.大連二十四中，116600）

磁性氧化鐵納米顆粒在腫瘤診療方面的研究進展

蔣革1袁玉姣1李宗諭2

（1.大連大學生命科學與技術(shù)學院，遼寧大連 116622，2.大連二十四中，116600）

目的綜述近年來磁性氧化鐵納米顆粒與磁共振造影，磁轉(zhuǎn)染，熱療等技術(shù)相結(jié)合在腫瘤診療方面的研究進展。方法參考國內(nèi)外相關文獻19篇，進行相關信息的分析、歸納和總結(jié)。結(jié)果闡述了磁性氧化鐵納米顆粒與基因治療和磁共振造影相結(jié)合，成功的將腫瘤診斷和基因治療結(jié)合起來，促進了新領域腫瘤診療的誕生和磁轉(zhuǎn)染，熱療等技術(shù)的發(fā)展。結(jié)論磁性氧化鐵納米顆粒在腫瘤診療療方面將會有廣闊的發(fā)展的前景。

磁性氧化鐵納米顆粒；腫瘤診療；基因治療；磁共振造影；磁轉(zhuǎn)染；熱療

目前，腫瘤的致死率一直居高不下，究其原因，臨床上存在很多瓶頸亟待解決，例如如何診斷早期腫瘤，如何對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移實時監(jiān)控，如何評定各種藥物的療效等。臨床現(xiàn)采用的檢查，主要是依據(jù)定期的常規(guī)腫瘤標志物檢測及影像學檢查，但無法對早期腫瘤進行定位，也無法確定腫瘤是否轉(zhuǎn)移［1］。隨著研究的層層深入，發(fā)現(xiàn)基因治療是繼放療和化療之后的又一種有效治療手段，但實際臨床應用中仍困難重重，主要是缺乏有效的基因運載體。本文作者將介紹一下已被美國食品和藥品管理局批準應用于臨床的磁性氧化鐵納米顆粒，其獨特的物化性質(zhì)引起眾多研究者的興趣，也為攻克腫瘤診療帶來了希望。本文主要闡述磁性氧化鐵納米顆粒的制備修飾及其在基因載體、磁共振造影劑、磁轉(zhuǎn)染、熱療等方面的應用現(xiàn)狀，并根據(jù)研究實例綜述其臨床應用的前景與挑戰(zhàn)。

1 磁共振造影劑

腫瘤的臨床診療最關鍵的是對微小腫瘤做早期診斷，獲取它們的分子及生理層面的個體化信息，但常規(guī)的影像學手段很難對的微小腫瘤及其轉(zhuǎn)移病灶進行定位和成像。磁性氧化鐵納米顆粒可作為一種良好的構(gòu)建多功能、智能化的磁共振分子影像探針的選擇材料［4［5］，由內(nèi)向外依次是：納米粒子核，來增強造影效果；包被殼層，如聚乙二醇等，來提高溶液穩(wěn)定性；生物活性分子，如蛋白、多肽和抗體等，來提高靶向性。

現(xiàn)如今，磁性氧化鐵納米造影劑已成功商品化，依據(jù)其流體動力學直徑（40-50 nm）的不同，大致可分為兩種類型［6］，SPIO（small particle of iron oxide）和USPIO（ultrasmall particle of iron ox?ide）。SPIO類注射后，能迅速被吞噬細胞吞噬，分布到肝、脾及骨髓等網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中，臨床上主要用于肝部損傷的臨床診斷和良惡性腫瘤的鑒別診斷［7］。USPIO類是超小型納米顆粒，它能在血液中循環(huán)較長時間，注射后，其中一部分會從血液系統(tǒng)進入淋巴系統(tǒng)，臨床主要用于腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷，它的構(gòu)建，擴大了氧化鐵納米造影劑在腫瘤早期診斷中的應用范圍［8］。氧化鐵納米造影劑可大大提高腫瘤的早期檢出率，其中對前列腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的研究表明，氧化鐵納米造影劑可做到非侵入性的檢測，其不僅可以檢測出前列腺癌病人體內(nèi)微小的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，還能檢測出隱藏的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移［5］。

CHEN Y等人［9］，構(gòu)建了PEG-g-PEI-SPION復合物，其能很好的結(jié)合（scFv（CD44v6）抗體和siRNA，既能實現(xiàn)了靶向治療，又可以利用SPION的造影劑功能將腫瘤的診斷和基因沉默結(jié)合起來，大大提高了腫瘤的治療效果，為攻克腫瘤帶來了新的希望。

2 磁轉(zhuǎn)染輔助技術(shù)

磁性轉(zhuǎn)染是一種新型的助基因轉(zhuǎn)染技術(shù)，其靶向性強、轉(zhuǎn)染效率高。磁性納米顆粒和某些生物大分子通過化學共價鍵或物理粘附作用結(jié)合，形成具有磁感應性的微粒，磁性微?？芍苯优c功能基因相結(jié)合，也可利用其表面活性與傳統(tǒng)的病毒或非病毒載體耦聯(lián)，再與目的基因相結(jié)合，構(gòu)成負載基因的磁性微球，外加梯度磁場，磁性微球會隨著磁場力的導向在靶位器官或組織富集，在細胞的胞吞作用下，磁性微球進入細胞內(nèi)，目的基因釋放，從而發(fā)揮高效靶向治療作用［10］。

體外條件下，可在細胞培養(yǎng)瓶或皿底部外加磁鐵，借助靜態(tài)磁場作用，可加快復合物的沉積速度，使其快速接觸細胞膜并進入細胞質(zhì)，提高轉(zhuǎn)染速率。體內(nèi)條件下，通過磁轉(zhuǎn)染的方式可將載體定向輸送到靶部位，克服了載體聚集緩慢以及靶部位載體濃度過低的問題，提高了基因載體的靶向性和基因轉(zhuǎn)染效率［11］。

體外基因轉(zhuǎn)染中，CHEN D等人［12］用聚乙烯亞胺修飾的磁性氧化鐵納米顆粒作為基因載體連接含有熒光素酶報告基因的質(zhì)粒pGL2，轉(zhuǎn)染到不同的細胞系，將Nd-Fe-B磁鐵放于培養(yǎng)板底部，結(jié)果顯示，不同細胞的轉(zhuǎn)染效率不同，但轉(zhuǎn)染效率是脂質(zhì)體對照組的5-10倍，而且轉(zhuǎn)染后細胞增殖活性及功能優(yōu)于脂質(zhì)體的對照組，側(cè)面證明了其細胞毒性低于脂質(zhì)體的細胞毒性；SAPET C等［13］人還將磁性納米顆粒與腺病毒結(jié)合，通過磁轉(zhuǎn)染導入細胞內(nèi)部，結(jié)果顯示，磁性納米顆?？梢源龠M腺病毒的轉(zhuǎn)導，還可以利用磁場對細胞進行分揀。體內(nèi)基因轉(zhuǎn)染中，PLANK C等［14］將超順磁性納米顆粒與含LacZ報告基因的質(zhì)粒連接后，通過內(nèi)腔注射到小鼠胃或者腸血管，并將矩形的Nd-Fe-B磁鐵直接接觸目標組織，結(jié)果顯示，基因轉(zhuǎn)化表達被限制在磁鐵形狀所在的區(qū)域，說明磁場介導的胃腸道和血管體內(nèi)局部轉(zhuǎn)化是可行的。這些開創(chuàng)性的研究初步顯示，磁性轉(zhuǎn)染做為一種新型的基因轉(zhuǎn)染技術(shù)具有一定的可行性，其在靶向性、轉(zhuǎn)染效率等方面具有獨特的優(yōu)勢，為基因治療開辟了新的思路。

3 磁感應熱療

磁感應熱療是一種新型的腫瘤治療手段，磁性氧化鐵納米顆粒在交變磁場存在時，如果強度和頻率合適，可吸收能量使自身溫度升高，這些熱量會均勻的釋放到腫瘤組織，由于腫瘤組織自身供血不足，熱量擴散較慢，會使局部溫度升高，對熱敏感的細胞會被趁機殺死，而對正常組織細胞產(chǎn)生的影響較小［15］。盡管磁性氧化鐵納米顆粒產(chǎn)生的熱效應會隨著體外磁場振幅和頻率的增加而相應提高，ZEISBERGER M等［16］研究指出，磁性氧化鐵納米顆粒發(fā)揮熱療效能的合理磁場值應設定頻率為400 kHz，振幅為10 kA/m。有研究表明，腫瘤細胞在高溫的環(huán)境下對放射線更為敏感，因此，熱療有望與放療結(jié)合來共同治療腫瘤。

KIM K Y等［17］將磁性氧化鐵納米顆粒溶液經(jīng)會陰注射入前列腺癌患者的前列腺內(nèi)，并將患者置于一個高頻交變磁場中，由于腫瘤組織對納米顆粒的清除率較低，磁性鐵氧化納米顆粒能持續(xù)發(fā)揮熱療效應。通?；颊叩臒岑熤芷跒槊恐芤淮?，每次60 min，連續(xù)6周為一個療程，借助計算機斷層成像檢測組織樣本中氧化鐵納米顆粒的含量。結(jié)果表明，通過治療，90%的前列腺癌組織熱療中位溫度超過43℃，最高可以達到55℃，說明磁性氧化鐵納米顆粒介導的熱療是切實可行的。YANG C L等［18］構(gòu)建了磁性氧化鐵納米顆粒-脂質(zhì)體復合體，在通過體內(nèi)外實驗證明復合體能夠靶向目標組織，發(fā)揮其潛在的熱療作用。人們還將磁性氧化鐵納米顆粒與磁性基因聯(lián)合作用于機體，結(jié)果表明，除了顆粒本身的磁感應熱效應外，熱療還可以增強抗癌基因的細胞毒性，提高機體免疫力［19］。另外，國內(nèi)外研究資料表明，外加磁場也可以抑制腫瘤組織生長，其機制是影響癌組織的生物磁場，擾亂其供血、供氧，使癌細胞胞膜功能發(fā)生改變，影響其物質(zhì)交換，抑制腫瘤細胞增殖等。

4 臨床應用的前景與挑戰(zhàn)

近年來，磁性氧化鐵納米顆粒已廣泛應用在生物醫(yī)學領域，包括生物分離、磁共振造影、磁靶向藥物、腫瘤的磁熱治療等諸多方面，在作為腫瘤基因診療的應用研究中已取得了較大的進展，但離具體的臨床應用還有很大的差距。磁性氧化鐵納米顆粒終極目標是實現(xiàn)在生物體內(nèi)應用，目前為止，還存在著許多瓶頸。生物體內(nèi)應用要求磁性納米材料不僅具有良好的水溶性和生物相容性，同時還要具備表面功能性，利用磁性納米材料表面功能基團與可識別病灶的功能分子進行耦聯(lián)，是實現(xiàn)磁性納米晶體在疾病鑒別診斷中應用的最可行的手段之一。

首先，由于磁性氧化鐵納米顆粒的粒徑小，相對表面積大，且本身又具有磁性，容易發(fā)生團聚，如何提高顆粒表面功能基團的活性，以增強其主動靶向性而抑制網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的吞噬作用；如何提高顆粒的載藥量，防止其在傳送過程中基因的滲漏，以及在病灶區(qū)域的基因釋放量、速度等問題，將依然是今后研究的熱點與重點。其次，磁性氧化鐵納米顆粒的生物安全性和相容性仍有待繼續(xù)考察，其在體內(nèi)積累所應有的安全劑量以及引起的不良反應等問題尚需要長期的深入研究；另外，磁性氧化鐵納米顆粒在體內(nèi)轉(zhuǎn)染研究中對磁場的敏感性和靶向性表現(xiàn)得并不突出，因此在偶聯(lián)基因片段的同時，可嘗試再連接特異性的配體或抗體，即將多種運輸方式結(jié)合起來應用，可以起到雙重或多重靶向的作用。還有許多困難，如作為基因治療載體的可控性，磁共振造影的可調(diào)性、磁轉(zhuǎn)染中磁場的選擇和定位、靶向熱療的溫度控制等，這些困難的克服，需要多個學科的相互滲透和共同努力。

5 結(jié)語

綜上所述，磁性氧化鐵納米顆粒具有獨特的物理化學性質(zhì)，可作為磁共振造影的造影劑，能將腫瘤的診斷和基因治療成功結(jié)合起來，促進了基因診療的誕生，其還可以借助磁轉(zhuǎn)染和熱療等技術(shù)，大大的提高腫瘤的治療效果，相信不久的將來，隨著各項技術(shù)的不斷成熟，其必將獲得更廣泛的應用，在腫瘤基因診療方面將掀開新篇章。

［1］SHEN M，GONG F，PANG P，et al.An MRI-visible non-vi?ral vector for targeted Bcl-2 siRNA delivery to neuroblastoma［J］.Int J Nanomedicine.，2012，7：3319-3322.

［2］DEGEN C L，POGGIO M，MAMIN H J，et al.Nanoscale magnetic resonance imaging［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2009，106（5）：1313-1317.

［3］VEISEH O，GUNN J W，ZHANG M Q.Design and fabrica?tion of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery and imag?ing［J］.Adv Drug Deliv Rev，2010，62（3）：284-304.

大連市金州新區(qū)科技局項目2013-GX1-023

蔣革（1968-），男（朝鮮族），吉林龍井人，博士研究生，副教授，主要從事基因藥物運輸載體的研究工作。