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乳腺癌是中国女性最常见的癌症,虽然随着诊断技术的提高和治疗方式的改进,乳腺癌的生存率有所提高,但是死亡率仍呈明显上升趋势,防治形势依然严峻。因此,早期诊断乳腺癌、推进个体化的抗癌治疗是降低乳腺癌死亡率的关键。由于乳腺癌是一种高度异质性疾病,各种分子亚型的乳腺癌在组织学形态、肿瘤生物学特性、药物敏感性等方面存在个体差异,常规的治疗方式对乳腺癌的疗效有限。近些年来,纳米材料因其具有的实体瘤高通透性和滞留效应(enhanced permeability and retention effect,EPR effect),以及具备多模态显像载体平台的潜能,为肿瘤诊治带来了新的契机。理想的纳米材料在应用于肿瘤的诊疗过程中,应具有以下几种能力:(1)能够靶向定位于肿瘤组织;(2)能够利用纳米材料本身具有的载体性能,如装载显像剂或药物等,对肿瘤进行显像诊断或治疗;(3)能够快速排出体外;(4)既能够对肿瘤实现诊疗一体化,又能够减少纳米在机体健康组织或脏器的非特异性积聚。目前大多数纳米材料,在生物体内清除过快,导致其血液循环较短、EPR效应不显著、难以在肿瘤组织聚集,最终影响治疗效果。因此,优化纳米材料的生物体清除率与血液循环时间,是纳米材料向临床转化的关所在。另外,在诊疗过程中如何准确评价纳米材料在肿瘤诊治中的作用,同样也十分的重要。随着小动物研究专用的分子影像设备——小动物正电子发射断层成像(micro positron emission tomography,microPET)技术的问世,为分子影像在肿瘤中的应用从实验室走向临床,以及为纳米材料的临床前研究创造了活体可视化的条件。microPET显像是利用放射性同位素标记葡萄糖、小分子药物、肽段或纳米材料等作为探针,对目标小动物进行特异性显像,并记录探针在体内动态变化的过程,从而做到无创、实时地检测药物代谢和生物过程,并对疾病早期诊断以及疗效评价进行早期可视化。在纳米材料或新型纳米药物的临床前研究中,microPET显像是一种安全、有效、便捷的无创影像手段。本研究的目的:一、设计合成一种并具有较高肿瘤摄取能力、具有光热治疗作用、高效装载抗肿瘤药物且经肾清除的多功能纳米复合材料;二、利用microPET等技术,对该纳米复合材料在乳腺癌的诊疗一体化模式中的应用进行探索和研究,为该纳米材料从动物实验向临床转化提供实验方法和依据。第一部分:本实验将超小粒径的硫化铜纳米点(CuS nanodots,CuSNDs)、传统化疗药物阿霉素(doxorubicin,DOX)和可生物降解的介孔二氧化硅(mesoporous silica nanoparticles,MSNs)设计合成了 一种表面修饰CuSNDs且载DOX的MSNs新型纳米复合材料(以下简称为MDNs)。利用高分辨率透射电镜、X线能谱分析、动态光散射法等技术对MDNs进行表征;通过UV-vi-NIR分光光度计和光热成像系统等仪器检测MDNs的光学性能及光热转换能力;采用标准样品比较法和ICP-MS元素分析法研究DOX释放效率以及体外体内降解情况;利用细胞增殖实验和活死细胞荧光染色(the live-dead cell fluorescence staining)判断MDNs对乳腺癌细胞的生长抑制作用。结果证实,合成的MDNs与预期设计一致。MDNs是一种具有高效光热作用的纳米材料,在近红外激光照射下能够快速、有效地将光能转化为热能。在光热作用下,MDNs降解为CuSNDs和MSNs。CuSNDs不仅能够利用光热作用对肿瘤细胞进行光热治疗,而且能够快速通过尿液排出,减少在正常组织器官中的聚集。同时,MSNs在光热作用下,加快降解转化为硅基碎片排出体外,并可释放出介孔内的DOX,以增加肿瘤局部的DOX浓度,有效提升化疗效果。在细胞增殖实验和活死细胞荧光染色(the live-dead cell fluorescence staining)中观察到,MDNs联合近红外激光有效杀死MDA-MB-231乳腺癌细胞,反映了 MDNs联合近红外光的治疗方式是一种同时具有化疗和光热治疗作用的乳腺癌治疗新思路。第二部分:为了验证MDNs在动物体内的治疗效果,本研究利用放射性同位素64Cu标记的MDNs在MDA-MB-231乳腺癌动物模型上进行PET显像。将MDA-MB-231乳腺癌裸鼠模型并随机分为6组(Control组、CuSNDs组、DOX组、MDNs组、CuSNDs+Laser 组和 MDNs+Laser 组),综合采用 microPET/CT、microPET、光热成像系统、免疫组化检查等技术方法,检测和评价64Cu MDNs对MDA-MB-231乳腺癌的诊断作用以及治疗效果,同时对荷瘤裸鼠的血液和重要器官进行功能及病理学检测,用于评价MDNs生物安全性。在MDNs+Laser组,microPET/CT显像发现,肿瘤部位64Cu-MDNs的放射性浓度在注射后第10分钟、4小时及24小时,呈现逐渐增高,说明MDNs具有较好的EPR效应靶向定位并逐渐聚集于肿瘤组织。18F-FDGmicroPET半定量结果证实MDNs+Laser组的MDA-MB-231乳腺癌细胞生长抑制较其余6组有显著差异(p<0.05)。各组间血液常规和生化常规检查以及心肝脾肺肾的HE染色结果均无异常,提示MDNs具有良好的生物安全性。结论MDNs纳米复合材料联合近红外激光治疗对MDA-MB-231乳腺癌生长具有显著的抑制作用,同时因其可经过肾脏的快速排泄,能够有效减少在正常组织积聚所产生的生物毒性。64Cu-MDNsmicroPET/CT能够准确检测MDA-MB-231肿瘤组织,并为光热治疗发现最佳时间点。18F-FDGmicroPET可以实现灵敏、实时、准确检测MDNs治疗MDA-MB-231移植瘤的作用。载有影像探针(64Cu-MDNs)和化疗药物(DOX)的MDNs具有低毒、高效的乳腺癌诊疗一体化的临床转化潜力。