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脑胶质瘤(GBM)是中枢神经系统(CNS)最常见的原发性恶性肿瘤,目前GBM治疗存在的主要问题:①外科手术的精准定位;②药物的靶向治疗;③疗效及预后的准确评估。 量子点(QDs)作为一种新型无机纳米荧光标记探针,具有荧光信号强、稳定性好等优点,能够实现生物多色成像。脂溶性QDs生物相容性差,体内不易排泄、易蓄积;水溶性QDs生物相容性较高,但其核壳结构易受环境因素影响,发生氧化破坏,产生细胞毒性,故限制了QDs在生物体内的应用。本课题组应用自主知识产权的脂质体包载水溶性QDs,旨在提高其物理学稳定性,并保留QDs荧光特性,降低生物学毒性。 最新研究发现,L19及其衍生物可以特异性地与细胞外基质成分中的胞外纤维连接蛋白(FN)结合,实现GBM的靶向示踪和药物递送。基于已有文献,本研究选用CA(氨基酸短肽,L19抗体结合EDB-FN关键片段)作为靶向配基,将其修饰到药剂辅料PEG-DSPE上,制备包载水溶性QDs的新型脂质体,并加载多西紫杉醇(DTX)抗肿瘤药物[缩写:CA-(Q-D-lip)],经大鼠尾静脉给药后,超声脑部定位,利用超声靶向微泡爆破技术(UTMD)可逆性开放BBB,递送QDs纳米粒突破BBB入脑,有效地将“量子点高效示踪技术”、“肿瘤靶向纳米粒制剂技术”和“UTMD开放BBB介导技术”三者有机结合,充分发挥新材料、新制剂和超声介导手段等技术优势,实现GBM特异性示踪及高效靶向治疗。 MRI平扫及增强扫描能很好地显示肿瘤液化、坏死、出血及钙化等特征,肿瘤血供特点,强化特征,区分GBM组织、周围水肿区及正常组织。MRI灌注成像(PWI)常用来评价微循环分布特点,根据时间一信号强度曲线(TIC)反映脑组织及病灶的血液灌注变化。MRI扩散加权成像(DWI)是近年来发展起来的一种无创性功能成像技术,依据表观扩散系数(ADC)对水分子扩散能力大小进行量化分析,但ADC值还不能全面地阐述活体组织内的水分子扩散规律。体素内不相干运动(IVIM)是在DWI基础上的延伸扩展,避免了ADC单纯水分子扩散与灌注相关扩散混淆。单指数模型ADC与双指数模型IVIM的理论基础是水分子扩散符合正态分布,当b值较高时,水分子扩散呈非正态(高斯)分布。扩散峰度成像(DKI)指基于水分子呈非正态分布扩散模型的一种MRI技术,依此来评价水分子扩散的不均质性和受限程度。 目前MRI及QDs荧光成像已成为肿瘤早期诊断和疗效监测的影像学检查方法之一,能从微观(水分子扩散、微循环灌注及异质性等)来综合反映GBM细胞构成及病理组织学分级,从宏观(肿体积变化、强化程度及方式、荧光示踪聚集数量及面积等)评价大鼠C6胶质瘤特异性示踪及靶向药物治疗效果。 目的: 结合MRI多序列检查、荧光示踪技术及病理组织学,探讨UTMD联合FN靶向肽CA修饰的Q-D-lip精准示踪和靶向治疗大鼠C6胶质瘤的可行性。 方法: (1)FN主动靶向修饰的QDs-DTX-lip制备:选用FN为靶向位点,将FN靶向肽CA修饰到药剂辅料PEG-DSPE上,运用自主知识产权的脂质体包载水溶性QDs,并加载DTX,超声分散脂质体得到CA-(Q-D-lip);同法制备不含FN靶向肽CA或水溶性QDs脂质体。 (2)制剂表征评价:检测CA-(Q-D)-l ip粒径大小及δ电位,荧光特征和QDs包封率;检测化疗药物DTX包封率以及脂质体稳定性;红外光谱仪证实CA是否成功修饰至脂质体上。 (3)大鼠C6胶质瘤造模:①大鼠固定与切口选择;②大鼠钻孔;③大鼠C6胶质瘤细胞接种。 (4)分组及给药治疗:采用雄性SD大鼠C6胶质瘤模型80只,设立对照组(Control组)及四个不同治疗组(QDs溶液结合超声Q-D+UTMD,空白脂质体结合超声Blank lip+UTMD;QDs脂质体结合超声Q-D-lip+UTMD,FN靶向肽修饰的QDs脂质体结合超声CA-(Q-D-l ip)+UTMD),16只/组,定期分组给药,于第7、14、21及28天均行MRI常规、动态增强及多b值扩散加权序列扫描。 (5)影像学检查及评价:1.计算增强MRI后GBM体积(V),公式V=(W×L×H×π×4/3)×1/8;2.MRI动态增强扫描:采用Ax LAVA-xvDYN方案,层厚2mm,120圈/层块,Flip angle120,NEX=1,FOV80mm×80mm,Matrix160×160,采用4.5号儿科头皮针经鼠尾静脉手动推注钆喷替酸葡胺(Gd-DTPA),4秒内完成,注射剂量0.4mmol/kg体重,造影剂注射完成后即行扫描,总共扫描时间为6分2秒。依据时间—信号强度曲线(TIC)特征,计算早期相对信号强化率(ARSER),强化峰值时间(TTP);3.多b值扩散加权成像:采取OAx eDWI MB=7Head方案,第二次扫描定位像后,采取常规全脑自旋回波—回波平面成像(SE-EPI)序列,针对SD大鼠行全脑横断位扩散加权成像检查。扫描参数:TE minimum,TR2000ms,层厚3mm,层间距0mm,矩阵160×192,FOV80mm×100mm;扩散敏感因子(b)值分别采用0、30、100、200、400、1000、1500s/mm2,NEX=6次,扫描时间4分16秒。 基于Matlab及C语言对图像进行后处理,通过Mitalytics软件获取b值—信号强度参数图和结果,采用不同数学扩散模型拟合图像,获得单指数模型ADC值,IVIM模型的D、D*及f值,DKI模型的Dappp及Kapp值;①ADC--单指数模型:ADC=ln(S0/S1)/(b1-b0),b取值30、100、200、400及1000s/mm2;②IVIM双指数模型:Sb=S0[(1-f)×e(-bD)+f×e[-b(D+D*)],f值为灌注分数,D值为真性扩散系数(ADC-slow),D*值为假性扩散系数(ADC-fast),b取值30、100、200、400及1000s/mm2;③DKI模型:Si/S0=exp{-bi×Dapp+bi2×Dapp2×Kapp/6},Kapp为平均峰度,无单位;Dapp值指非高斯分布矫正过的ADC值,b取值30、100、200、400、1000、1500s/mm2。评价不同的数学扩散模型(ADC-单指数模型、IVIM-双指数模型及DKI模型)参数的评价效能,初步确定上述三种模型中最好及最稳定的扩散模型。 (6)QDs荧光评价: 应用小动物光学成像系统采集荧光图像,观察荧光聚集度、靶向肽脂质体的靶向性,测量荧光面积及肿瘤体积大小。 (7)大体观察及生存期评价:同期另外选取40只健康成年雄性SD大鼠,随机分为5组观察,8只/组,按照以上方法进行造模,定期给药,本组实验仅用于治疗生存期评价,不参与影像学检查及病理组织学检测。 (8)组织学及药物毒性评价: 各组治疗后28天,完成MRI和荧光成像后,每组随机取出2只断头处死大鼠,取出脑组织和其他主要脏器器官。HE染色观察药物对大鼠主要脏器(心、肝、脾、肺、肾)的毒性作用、肿瘤组织病理变化,免疫组化观察肿瘤VEGF、CD31和Caspase-3表达程度。 (9)统计学分析: 统计学评价采用IBM SPSS19.0软件包;首先采用Kolmogorov-Smimov方法检验数据是否符合正态分布;若符合正态分布的计量资料,则采用x±SD表示;若不符合正态分布的数据,则采取中位数表示。标记误差线的柱状图、折线图等数据可视化部分以及组间差异的统计检验通过R语言实现。在同一及不同时间内,对照组与不同治疗组间C6胶质瘤体积变化、TIC信号强度差值、ARSER及TTP比较、多b值扩散加权成像中的多参数差异分析(包括单指数模型ADC值,IVIM模型的D、D*及f值,DKI模型的Dapp及Kapp值)采用两独立样本t检验。若方差齐性不能满足时,则采用Welch法近似t检验。显著性水平表达如下:*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。 结果: ①CA-(Q-D-l ip)成功制备,CA通过巯基键成功修饰至脂质体上。Q-D-lip颗粒大小及电位适中,包封率符合标准,QDs-lip荧光特性稳定;②各组ARSER>60%。CA-(Q-D-l ip)+UTMD组治疗后体积缩小最明显,ARSER最小,效果优于其他四组;③CA-(Q-D-l ip)+UTMD组随时间增加,ADC、D值、Dapp值整体呈上升趋势,Kapp、D*及f值呈下降趋势;其余四组随时间增加,ADC、D值、Dapp值呈下降趋势,Kapp、D*及f值呈上升趋势;这些参数综合比较,ADC值相对稳定可靠,诊断效能较高;④CA-(Q-D-lip)+UTMD组QDs量分布最多(第7天),生存时间最长,在机体内有良好的生物安全性。各组VEGF及CD31表达比较:Control组>B+lip+UTMD组>Q-D+UTMD组>Q-D-lip+UTMD组>CA-(Q-D-l ip)+UTMD组,而Caspase-3呈反向表达。 结论: 本研究能有效地将CA-(Q-D-lip)+UTMD的“量子点高效示踪技术”、“肿瘤靶向纳米粒制剂技术”和“UTMD可逆性开放BBB介导技术”三者结合,充分发挥MRI多序列检查及QDs荧光成像的各自优势,协同互补,为肿瘤精准定位及有效治疗提供更全面及更准确的影像学信息。