磁性氧化鐵納米顆粒_通向腫瘤磁共振分子影像的重要基石_喬瑞瑞

1、磁性氧化鐵納米顆?！ㄏ蚰[瘤磁共振分子影像的重要基石喬瑞瑞1曾劍峰1賈巧娟1杜軍2沈琳3高明遠1(1中國科學(xué)院化學(xué)研究所北京1001902中山大學(xué)藥學(xué)院微生物與生化藥學(xué)實驗室廣州5100803北京大學(xué)臨床腫瘤學(xué)院北京腫瘤醫(yī)院北京100036)摘要:本文根據(jù)近年來國內(nèi)外發(fā)表的相關(guān)研究成果總結(jié)了磁性氧化鐵納米晶體制備方面的研究進展并以磁性氧化鐵納米顆粒在腫瘤磁共振分子影像領(lǐng)域中的應(yīng)用為背景闡述了腫瘤分子影像領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢.關(guān)鍵詞:磁性

2、納米顆粒腫瘤磁共振分子影像多模態(tài)中圖分類號:O646MagicIronOxideNanoparticle——anImptantCnerstoneofMRMolecularImagingofTumsQIAORuiRui1ZENGJianFeng1JIAQiaoJuan1DUJun2SHENLin3GAOMingYuan1(1InstituteofChemistryChineseAcademyofSciencesBeijing100190P

3、.R.China2LabatyofMicrobialBiochemicalPharmacySchoolofPharmaceuticalSciencesSunYatSenUniversityGuangzhou510006P.R.China3BeijingInstitutefCancerResearchPekingUniversitySchoolofOncologyBeijing100036P.R.China)Abstract:Thisre

4、viewsummariesthesynthesesapplicationsofmagicironoxidenanocrystalsthathavebeenpublishedwldwide.Inparticularitdiscussesthefutureapplicationsofmagicironoxidenanoparticlesinmolecularimagingoftums.KeyWds:MagicnanoparticleTumM

5、agicresonanceMolecularimagingMultimodality[Review]doi:10.3866PKU.WHXB201203023www.whxb.pku.物理化學(xué)學(xué)報(WuliHuaxueXuebao)ActaPhys.Chim.Sin.201228(5)9931011MayReceived:January152012Revised:February212012PublishedonWeb:March2201

6、2.?Crespondingauth.Email:gaomy@iccas.Tel:861082613214.TheprojectwassupptedbytheNationalKeyBasicResearchProgramofChina(973)(2011CB935800)NationalNaturalScienceFoundationofChina(810902712100313520820102035).國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(97

7、3)(2011CB935800)和國家自然科學(xué)基金(810902712100313520820102035)資助項目?EditialofficeofActaPhysicoChimicaSinica1引言目前惡性腫瘤在許多國家位列居民死因順位的第一或第二位.世界衛(wèi)生組織2011年最新的統(tǒng)計結(jié)果顯示到2020年前全球癌癥發(fā)病率將增加50%即每年將增加1500萬癌癥患者.不僅如此癌癥的死亡人數(shù)也在迅猛上升至2030年全球死于癌癥的人數(shù)將繼續(xù)增

8、加74%而且全球20%的新發(fā)癌癥病人在中國24%的癌癥死亡病人在中國.1由此可見惡性腫瘤已經(jīng)成為導(dǎo)致人類死亡的主要疾病之一但目前仍然缺乏針對腫瘤早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警、療效預(yù)測及有效治療的臨床方法.歸根結(jié)底腫瘤的臨床診療不僅需要建立微小腫瘤的早期診斷手段還亟需發(fā)展獲取分子及生理層面?zhèn)€體化信息的相關(guān)技術(shù)方法.從理論上講近年來發(fā)展的分子影像技術(shù)不僅有希望以安全無創(chuàng)的方式為微小腫瘤提供準確的空間定位信息還可以為與腫瘤轉(zhuǎn)移、多藥耐藥及療效預(yù)測提供密

9、切相關(guān)的個體化分子信息.目前腫瘤分子影像技術(shù)的發(fā)展仍然強烈地取決于分子影像探針技術(shù)的發(fā)展而磁性氧化鐵納米顆粒以其獨特的物理性質(zhì)及良好的生993喬瑞瑞等:磁性氧化鐵納米顆?！ㄏ蚰[瘤磁共振分子影像的重要基石No.5(magicresonanceimagingMRI)技術(shù)、X射線計算機斷層成像(XraycomputedtomographyCT)技術(shù)、核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)(positronemissiontomographyPETsingleph

10、otonemissionCTSPECT)及超聲(ultrasound)成像技術(shù)等.而近15年上述影像技術(shù)又得到了一定的發(fā)展比如先后出現(xiàn)了介入超聲(interventionalultrasound)技術(shù)、基于多層CT(multisliceCT)的三維成像技術(shù)及磁共振彌散成像(diffusionMRI)技術(shù)等.在過去幾年又出現(xiàn)了多模態(tài)影像聯(lián)用的設(shè)備如:PETSPECTCT和PETMRI同時小型化動物實驗專用設(shè)備大量涌現(xiàn).3與上述臨床影像技術(shù)

11、相比光學(xué)影像技術(shù)在經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程后在過去短短的20年得到了突飛猛進的發(fā)展科學(xué)家已經(jīng)成功地將各種先進的光學(xué)手段應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像學(xué)研究中并建立了多種先進的光學(xué)影像方法包括:熒光反射成像(fluescencereflectanceimagingFRI)、高分辨率生物發(fā)光成像(highresolutionbioluminescenceimagingHRBLI)、時間分辨BLI、擴散光學(xué)層析成像(diffuseopticaltomograph

12、yDOT)、熒光介導(dǎo)層析成像(fluorescencemediatedtomographyFMT)、熒光蛋白光學(xué)層析成像(fluescenceproteintomographyFPT)、光學(xué)相干層析成像(opticalcoherencetomographyOCT)、光頻選區(qū)成像(opticalfrequencydomainimagingOFDI)、共聚焦顯微成像(confocalmicroscopy)、多光子顯微成像(multiphot

13、onmicroscopy)以及顯微內(nèi)窺鏡技術(shù)(microendoscopy)等.33.2分子影像技術(shù)分子影像(molecularimaging)技術(shù)即以非入侵的方式為活體內(nèi)參與生理和病理過程的分子、病灶的關(guān)鍵靶位及宿主反應(yīng)進行高靈敏度及特異性成像的方法.分子影像可在解剖形態(tài)基礎(chǔ)上更為深入地揭示組織細胞的生物學(xué)特點如代謝、增殖、血管生成以及基因表達等.上述生物學(xué)信息更接近生命本質(zhì)因此不僅有助于提高腫瘤早期診斷的準確率而且可以在分子水平上為

14、腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警及療效預(yù)測等提供必要的臨床依據(jù).分子影像技術(shù)所依托的成像手段既包括臨床上廣泛采用的影像技術(shù)同時也包括目前正在高速發(fā)展的各種光學(xué)成像手段.臨床常用影像技術(shù)的基本特征包括:(1)診斷深度無限制(2)可以實現(xiàn)定量.但各種方法又存在各自的局限性核醫(yī)學(xué)影像方法雖然具有更高的靈敏度但空間分辨率較低.CT與MRI具有更高的空間分辨率但敏感性尚需進一步提高.光學(xué)成像技術(shù)的缺點包括組織穿透力受限、空間分辨率低及定量難度大等.針對這些缺點目前在

15、影像儀器方面出現(xiàn)了多種多模態(tài)成像技術(shù)包括:FMTMRI、FMTCT等以彌補光學(xué)影像的不足.盡管上述光學(xué)影像技術(shù)的臨床應(yīng)用還有漫長的路要走但光學(xué)影像可原位實時地在分子層面上揭示分子生物學(xué)過程的特點有著目前臨床影像技術(shù)所不具備的優(yōu)勢.總之將傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和新近發(fā)展的光學(xué)成像方法應(yīng)用于分子影像不僅需要更新傳統(tǒng)的成像技術(shù)有針對性地發(fā)展相關(guān)成像設(shè)備與成像方法同時迫切需要發(fā)展建立分子影像探針的構(gòu)建原理和構(gòu)建方法.而納米分子影像探針以其獨特的優(yōu)勢

16、在分子影像探針的構(gòu)建方面體現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢.首先納米探針以其獨特的尺寸在經(jīng)合適的修飾后可表現(xiàn)出較常規(guī)小分子探針更長的血液循環(huán)時間這使得納米探針能夠有更多機會與靶點相結(jié)合以利于提高對感興趣區(qū)域的成像靈敏度.其次納米探針以其表面多結(jié)合位點的結(jié)構(gòu)特點可選擇加載各種模態(tài)的成像探針分子以實現(xiàn)多模態(tài)分子影像探針的構(gòu)建.最后將納米技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合還完全有可能構(gòu)建出對靶點具有智能響應(yīng)的新一代智能化分子影像探針(targettriggeringsm

17、artprobes).4納米醫(yī)學(xué)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢納米分子影像探針研究屬于“納米醫(yī)學(xué)”這個嶄新的研究領(lǐng)域.納米醫(yī)學(xué)既可廣義地定義為一種基于分子工具和醫(yī)學(xué)知識形成的臨床診斷和治療技術(shù)也可以定義為利用納米尺度或納米結(jié)構(gòu)材料具有的獨特的生物效應(yīng)來發(fā)展其醫(yī)學(xué)應(yīng)用的科學(xué).4納米醫(yī)學(xué)提出于上世紀90年代末期但相關(guān)工作始于上個世紀80年代當時與納米醫(yī)學(xué)最為密切相關(guān)的研究領(lǐng)域就是磁性氧化鐵納米顆粒在腫瘤診斷方面的應(yīng)用及其臨床評估.標準的毒理藥理學(xué)測試結(jié)果