磁性纳米气泡的制备及对脑胶质瘤磁热效应的研究

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目前对神经胶质瘤的治疗存在高死亡风险和高复发率的难题。为此,一些新型的治疗方法和技术被提出。其中,以磁性纳米颗粒作为磁热剂,结合外加交变磁场,通过升温至42℃-50℃,实现对肿瘤细胞的热损伤,成为肿瘤治疗的一种新方法。然而磁性纳米颗粒的细胞/肿瘤组织吞噬量低、细胞/肿瘤组织内停留时间短,最终导致磁热肿瘤杀伤效率相对较低。因此,探索改善磁性纳米颗粒的磁热性能的方法仍是目前研究的热点和难题。本论文通过将磁性纳米颗粒装载到纳米气泡结构上,研究了磁性纳米气泡对脑胶质瘤的磁热作用影响。论文的主要研究内容包括如下三个方面:(1)通过酰胺键将带羧基的磁性纳米颗粒与带氨基的DSPE-PEG2000化学偶联后,采用反复挤压法制备了装载磁性纳米颗粒(MNPs)的脂质纳米气泡(MNBs),并对其进行了理化性能表征。1635-1660 cm-1的傅氏转换红外线光谱(FT-IR)吸收峰证明了磁性纳米颗粒与磷脂材料的连接。磁性纳米气泡理化性能结果表明,制备的MNBs粒径为699.4±48.96 nm,多分散系数(PDI)为0.315,Zeta电位为-21.2 m V。扫描电镜结果表明,MNBs形态为球形且膜壳表面有颗粒存在。透射电镜结果表明,MNBs球形结构分为膜壳和中心气体核心区域,磁性纳米颗粒结合在其脂质膜壳上形成颗粒状结构。超声显影增强结果表明,MNBs可以在溶液中呈现均匀分布且有较强的超声造影效果。MNBs体外磁热结果表明,当交变磁场的电流为12 A,MNBs中铁浓度为1.0 mg/m L时,具有最佳的磁热转换效果。(2)基于磁性纳米气泡的结构构建和表征,进一步探究了所制备的磁性纳米气泡对细胞的磁热效应。在细胞生物相容性方面,对MNBs进行了U87MG细胞毒性测试,结果表明,在0-0.8 mg/m L铁浓度范围内细胞活性高于80%。对MNBs进行了脑部微血管内皮细胞b ENb3细胞毒性检测,结果表明,在0-1.2 mg/m L铁浓度范围内,细胞活性高于80%。综合细胞毒性实验的结果,MNBs与MNPs相比,在相同剂量条件下,MNBs能够增加细胞对MNPs的吞噬量,导致MNBs对U87MG胶质瘤细胞的毒性更强。在优化磁性纳米气泡细胞毒性评价基础上,进行了细胞磁热效应研究,首先探究了MNBs和MNPs的U87MG胶质瘤细胞吞噬实验,通过ICP检测细胞中Fe元素的含量评估其对MNBs和MNPs的摄取量,结果表明,在相同时间条件下,U87MG胶质瘤细胞对MNBs的吞噬量较MNPs大,每个细胞中的Fe含量更多。实验进一步通过优化磁热次数,确定了该磁性纳米气泡对U87MG细胞的磁热最佳参数为:气泡中铁浓度1.0mg/m L;磁场电流12 A;磁热3次;每次30 min;间隔2 h。1.0 mg/m L铁浓度的MNBs细胞杀伤效率30min就达到了70%,且24 h后磁热杀伤效率仍为70%。(3)最后,基于细胞层面实验优化的磁热方案,在原位脑胶质瘤小鼠动物模型上开展了体内磁热效应的初步探究。实验表明,MNBs原位注射进小鼠体内,经过一次磁热后,小鼠的脑部血流增加,在连续三天多次磁热后,肿瘤的生长受到抑制。对小鼠进行活体成像,磁共振成像结果表明,连续3次磁热后的小鼠脑胶质瘤中磁热区域和脑胶质瘤区域的成像有所差别,主要在T2成像中肿瘤周围增量区域出现暗斑,表明磁热使这些部位失水导致信号减弱。脑部胶质瘤病理切片结果亦同样表明,磁热作用后的小鼠脑胶质瘤的体积较对照组的体积小。
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