磁性納米四氧化三鐵在腫瘤熱療領(lǐng)域中的研究進展*

楊麗媛，陳華波，周 茜，舒先濤，余燕敏

湖北文理學(xué)院醫(yī)學(xué)院，湖北 襄陽 441053

盡管醫(yī)學(xué)治療手段日新月異，惡性腫瘤仍然是嚴重危害人類生命健康的主要致死性疾病之一。傳統(tǒng)惡性腫瘤治療手段主要有化學(xué)藥物治療（化療）、放射線治療（放療）和手術(shù)療法等。放化療靶向性差，難以在病灶部位形成有效濃度、對正常組織細胞的毒副作用較大，出現(xiàn)了不同程度的副作用，嚴重影響患者生活質(zhì)量。1957年，Gilchrist等［1］首次提出磁材料介導(dǎo)靶向性熱療的概念（Magnetic Mediated Hyperthermia，MMH），推動了腫瘤熱療向著精準醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用方向發(fā)展。磁材料可在體外交變磁場作用下有效靶向定位于腫瘤組織，并局部升溫（41～46℃），腫瘤細胞和正常細胞熱敏感不同，利用生物熱效應(yīng)，殺死腫瘤細胞的同時對正常細胞不造成損傷，從而達到有效治療腫瘤的目的。當外磁場撤去，磁性納米顆?？山?jīng)血液循環(huán)進入炎癥腫瘤相關(guān)部位或者被肝、脾及淋巴結(jié)等處的吞噬細胞系統(tǒng)所識別被機體清除。因此該療法療效肯定、副作用少且屬于無創(chuàng)或微創(chuàng)療法，安全性高，可有效提高患者的生活質(zhì)量、延長生存時間，故被國際醫(yī)學(xué)界稱為新興的“綠色療法”［2］。

目前磁熱療臨床研究已得到國內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注［2-3］。在前列腺癌［3］、胰腺癌［4］、肝癌［5］、宮頸癌［6］等惡性腫瘤的臨床治療中，均取得了較好的成效。但是，臨床磁感應(yīng)靶向熱療仍面臨諸多難題，主要集中在磁性材料的產(chǎn)熱效率不夠理想和適用于臨床且對人體無損害的磁場發(fā)生設(shè)備仍有改進空間兩個方面，因此，高產(chǎn)熱效率的磁性材料是決定療效的關(guān)鍵因素。納米粒子的粒徑、元素組成、形貌以及表面修飾等因素將直接影響磁性材料的產(chǎn)熱效率。因此，合理設(shè)計制備高產(chǎn)熱效率的磁性納米結(jié)構(gòu)和有效進行表面修飾迫在眉睫。

1 納米磁性Fe3O4顆粒制備方法的研究

國內(nèi)外研究者利用不同的制備合成方法合成了形貌各異、粒徑可控的氧化鐵納米顆粒［7-8］。制備方法主要分為以下幾類：共沉淀法、高溫?zé)峤夥āⅲㄋ┤軇岱?、溶膠-凝膠法物理粉碎法等，各類方法各有其優(yōu)缺點。

共沉淀法是目前合成超順磁Fe3O4納米粒子最常用的方法之一［8］。1972年，Reimers等［9］按一定比例將含F(xiàn)e3+的前驅(qū)物與含F(xiàn)e2+的的前驅(qū)物溶液混合，用過量堿性溶液（如NaOH溶液等）作沉淀劑，通過調(diào)整溫度、濃度、pH值及表面活性劑用量，制得不同粒徑、形貌各異，性能不同的磁性Fe3O4納米粒子［10-11］。該法制備工藝簡單、原料無毒且價廉、設(shè)備要求低、反應(yīng)時間短、反應(yīng)易控制，可批量制備。但該方法存在一定的缺點，如得到的磁性顆粒單分散性較差、易團聚、粒徑分布不均一。

Smolkova等［12］利用共沉淀法研究擴散可控情況下生成粒徑統(tǒng)一的超順磁Fe3O4，指出前驅(qū)物的添加順序直接影響超順磁Fe3O4納米顆粒的聚集，進而影響超順磁Fe3O4納米材料的產(chǎn)熱效率。Kruse等［13］利用一步共沉淀合成超順磁Fe3O4納米粒子，并對其表面進行融合蛋白CREKA修飾，該材料具有較好的穩(wěn)定性，低細胞毒性，在交變磁場作用下，可有效升溫至41℃～45℃，該材料MMH輔助體外順鉑治療惡性腫瘤與單純順鉑治療相比，其可有效提高順鉑的療效。

高溫?zé)岱纸夥ㄊ侵歌F的配合物（乙酰丙酮鐵、油酸鐵等含有羰基的鐵的配合物）在一定的高溫條件分解、成核、生長得到Fe3O4納米顆粒。Kandasamy等［14］通過250攝氏度高溫?zé)峤庖阴１F（Ⅲ）制備矯頑力大且分散性良好的花形Fe3O4納米團簇，其磁熱療可有效抑制HepG2細胞增殖。Guardia等［15］利用200攝氏度高溫一步熱解乙酰丙酮鐵（Ⅲ）制備不同邊長（12±1 nm、19±3 nm、25±4 nm、38±9 nm）的超順磁Fe3O4納米立方體，不同粒徑的超順磁立方體Fe3O4磁熱療KB癌細胞實驗結(jié)果表明，19 nm的立方體效果最佳，磁熱溫度達到41攝氏度1小時，KB癌細胞死亡率可達到50%。

溶劑（水）熱法是指以水或溶劑為介質(zhì)，在密閉容器中進行的溫度高于100℃，一定壓強下的反應(yīng)，可制備高純度、分散性好的產(chǎn)物。Lv等［16］通過溶劑熱反應(yīng)一步合成了具有較高的飽和磁化強度和較低的矯頑力Fe3O4空心微球。歐氣局等［17］制備了粒徑均一、純度較高、即使在較弱磁場中也具有良好磁響應(yīng)性的MWCNT@Fe3O4納米粒子。

2 氧化鐵納米復(fù)合材料在磁熱療惡性腫瘤中的應(yīng)用

磁性Fe3O4納米粒子具有小尺寸效應(yīng)特性，在磁熱療惡性腫瘤細胞過程中須表現(xiàn)強的靶向性、良好生物相容性、產(chǎn)熱率高、無創(chuàng)或微創(chuàng)等優(yōu)點。且其表面界面效應(yīng)特性可有效結(jié)合細胞、DNA、蛋白質(zhì)以及化學(xué)分子等物質(zhì)，從而在病灶局部快速形成靶向高熱區(qū)，殺死癌細胞。其磁熱療靶向性機制可分為經(jīng)靜脈被動靶向或主動靶向磁感應(yīng)熱療兩種。

2.1 被動靶向

細胞內(nèi)溶酶體為納米顆粒被動靶向點，納米顆粒的被動靶向性與其粒徑大小相關(guān)。納米顆粒在到達靶部位前須通過毛細血管內(nèi)皮的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES），大多數(shù)粒徑＞7μm的顆粒，被肺毛細血管所滯留，大于100 nm的微粒被肝和脾攝??；介于10 nm和100 nm之間的微粒被骨髓細胞吞噬。因此，利用不同器官吸收納米顆粒有依賴于粒徑大小的特性，可將納米顆粒定向于相應(yīng)的靶器官。

Du等［18］建立了兔VX2肝癌模型并為磁流體對照組的家兔注射磁流體，將其暴露于交變磁場一段時間后發(fā)現(xiàn)Fe3O4納米磁流體在實驗兔體內(nèi)外均具有良好的升溫性能、較低的生物毒性，能被動靶向至肝組織，可使腫瘤區(qū)成功獲得較均勻分布的50℃熱消融溫度，快速升溫后有效殺死腫瘤細胞，而正常組織不升溫，且可進行重復(fù)熱療，療效不減，具備臨床應(yīng)用價值。

嚴文輝等［19］合成碳包鐵納米籠殼聚糖微球（Fe@CNCN）在交變磁場中治療大鼠移植性肝癌，結(jié)果提示不同濃度、不同電流強度條件下磁流體均能在20 min內(nèi)達到最高溫度，產(chǎn)熱效應(yīng)隨著兩者升高而增強，能顯著抑制癌組織增殖，證實了磁性微球熱療的被動靶向治療效果。Wang等［20］采用共沉淀和油酸表面處理制備Fe3O4/碘化油磁流體，實驗證明當其粒徑為70～80 nm時，材料的超順磁性最強、穩(wěn)定性好、有極強被動靶向性和熱安全性，可產(chǎn)生很強的熱效應(yīng)使腫瘤升溫至熱療溫度達到殺死癌細胞組織的目的。

2.2 主動靶向

被動靶向納米顆粒進入病灶部位，其精準度受諸多條件的影響。治療腫瘤的理想要求是納米顆粒只存在于腫瘤組織病灶區(qū)域內(nèi)，不損傷正常組織。主動引導(dǎo)納米顆粒的主動靶向性研究因而受到了越來越多的重視，主要分為物理化學(xué)靶向和生物靶向。

2.2.1 物理化學(xué)靶向：通過病灶區(qū)域外部環(huán)境的改變，根據(jù)納米材料的磁性、pH值、熱敏性等理化特點針對性地靶向給藥。例如，可通過外加磁場快速準確將磁性納米顆粒富集于病灶區(qū)域，既減少了納米顆粒與正常組織的接觸，同時可提高療效，降低副作用。

Wu等［21］將四氧化三鐵（Fe3O4-MNPs）、5-溴漢防己甲素（BrTet）及柔紅霉素（DNR）聚合制成磁性納米微球，體內(nèi)外實驗中均未表現(xiàn)明顯細胞毒性，且在外加交變磁場后對耐藥腫瘤組織有靶向性，表現(xiàn)出明顯的熱療增效和抑制腫瘤組織生長的作用。Shao等［22］將介孔二氧化硅基質(zhì)沉積或偶聯(lián)到磁性Fe3O4納米粒子上制備出Janus型磁性介孔二氧化硅納米粒子M-MSNs，用于多種藥物的共載和控釋、磁場介導(dǎo)的物理靶向作用以及磁熱治療，可顯著提高腫瘤的治療效果并降低化療藥物的毒副作用。

2.2.2 生物靶向：生物靶向是目前研究者研究較多的方式，其利用細胞膜表面抗原、受體或特定基因片段的專一性作用，將抗體、配體結(jié)合在載體上，通過抗原-抗體、受體-配體的特異性結(jié)合，使納米顆粒能夠準確輸送到病灶部位，實現(xiàn)主動靶向治療。

Yang等［23］以肝癌干細胞表面標記蛋白CD90作為肝癌干細胞（LCSCs）標志物，在裸鼠肝癌模型中發(fā)現(xiàn)CD90@17-丙烯氨基-17-去氧甲基格爾德霉素/納米Fe3O4磁性熱敏脂質(zhì)體（CD90@17-AAG／TMs）在體外可以有效地殺傷CD90+LCSCs，抑制CD90+LCSCs的干細胞特性；將其注射在CD90+LCSCs移植瘤小鼠體內(nèi)，這種復(fù)合納米磁性脂質(zhì)體聯(lián)合磁感應(yīng)升溫可以顯著殺傷CD90+LCSCs和CD90-細胞，抑制CD90+LCSCs移植瘤的生長，見圖1。

閆妍等［24］采用改進的化學(xué)共沉淀法制備聚丙烯酸（PAA）修飾的羧基納米Fe3O4，通過EDC、NSH活化法偶聯(lián)模型蛋白牛血清白蛋白，經(jīng)定量分析和光學(xué)觀察結(jié)果判斷出這種結(jié)合方法能使磁性納米粒的水相分散體系具有高度穩(wěn)定性，此外，納米粒表面大量的羧基可作為與生物分子偶聯(lián)的結(jié)合位點，通過各種生物共軛化學(xué)作用實現(xiàn)超順磁性磁流體的分子靶向性，為制備腫瘤分子特異性磁感應(yīng)熱療用的靶向介質(zhì)提供基礎(chǔ)。

圖1 體內(nèi)殺傷模式圖

Li等［25］成功制備了Fe3O4@Au-C225（西妥昔單抗）復(fù)合靶向MNPs，并對它的理化特性、熱動力學(xué)特性等進行了研究，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合納米粒子有較好的分散性和穩(wěn)定性，是一種優(yōu)良的MRI陰性造影劑，所介導(dǎo)的MFH和NIR熱療在體外能靶向作用于膠質(zhì)瘤U25l細胞，誘導(dǎo)其凋亡，在體內(nèi)對裸鼠荷人膠質(zhì)瘤移植瘤有顯著靶向效應(yīng)，顯示出了優(yōu)于用單一治療方法的療效。

3 展望

納米磁性材料的臨床應(yīng)用研究推動了腫瘤醫(yī)學(xué)的發(fā)展與進步，為人類治療腫瘤疾病帶來了新的希望。超順磁Fe3O4納米粒子具有很好的磁響應(yīng)性、磁熱轉(zhuǎn)換效能高，且生物毒性低，但其產(chǎn)熱效率受粒徑、形貌以及表面性質(zhì)等因素的影響，更好地應(yīng)用于臨床診斷和治療還需進行以下方面研究：（1）高效制備篩選高效能高性能磁性納米結(jié)構(gòu)；（2）合適的表面修飾，提高靶向定位能力和靶位濃度；（3）開展超順磁Fe3O4納米粒子體內(nèi)代謝及穩(wěn)定性研究；（4）提高或改善超順磁Fe3O4納米粒子熱旁觀者效應(yīng)，靶向定位于腫瘤組織，且均勻分布，升溫效能均一化。