基于双金属硫族纳米材料的诊疗一体化探针

【摘要】：几个世纪以来,癌症严重地威胁着人类的生命健康。实现癌症的精准诊断和精准治疗是降低其高死亡率的重要策略。目前临床上用于癌症诊断的成像技术主要有核磁共振成像、计算机X-射线断层扫描成像、超声成像等。然而,单一的成像技术在灵敏度、分辨率等方面都存在着各自的优缺点,因此,使用优势互补的多模态成像对肿瘤病灶的早期精准诊断有很大的帮助。癌症治疗的传统方法主要有手术、化疗和放疗。手术治疗在很多情况下无法完全清除人体内所有的癌细胞,化疗和放疗在杀死癌细胞的同时也对正常组织产生严重的毒副作用。相对于传统的治疗方法,新发展的光热治疗尤其是基于近红外(NIR)光的光热治疗备受关注。该方法通过毒性较小的光热转化剂能选择性地杀死癌细胞,而不会对正常组织造成太大伤害。此外,用于光热治疗的光热转化剂也可以用于光声成像,实现成像诊断与治疗的一体化。许多相关研究发现具有优异物理化学性质的三元双金属硫族纳米材料在体内多模态成像、肿瘤光热治疗及抗肿瘤药物输送等纳米生物医学领域有着独特的优势和潜在的应用价值。本论文采用环境友好的水相方法在室温下制备Cu-Fe-Se三元纳米材料,并通过多功能聚合物PTMP-PMAA对其进行表面功能化,使之具备优异的水溶性、胶体稳定性、生物相容性和多功能性。利用CuFeSe2纳米晶体具有较窄的能带间隙以及Fe3+掺杂形成的中间价带的特性,在近红外区有着较强的吸收;由于磁性Fe3+的存在和小的纳米尺寸效应,CuFeSe2纳米晶体还显示出超顺磁性;相对较高的有效原子序数和X-射线衰减系数使其具备较好的X-射线成像性能。以上这些优异的性质使它们成为多模态成像,如光声(PA)成像,核磁共振(MR)成像和计算机断层成像(CT)成像,引导光热治疗(PTT)的理想纳米诊疗剂。研究目的:借助双金属硫族纳米材料,对乳腺癌进行优势互补的多模态影像诊断,同时进行光热治疗,实现对乳腺癌的精确诊断和精准治疗。研究方法:本论文主要利用双金属硫族纳米材料对乳腺癌进行多模态成像和光热治疗。首先,利用温和的水相方法制备超小的CuFeSe2多功能纳米探针并对其结构和性能进行表征测试;其次,通过细胞毒性测试及血常规血生化实验研究CuFeSe2纳米探针的生物相容性;然后,对CuFeSe2纳米探针进行体外的成像和光热测试;最后,建立皮下乳腺癌模型,在SPECT成像、光声成像、CT成像及MRI引导下对其进行光热治疗。研究结果:CuFeSe2纳米探针不仅可以作为光声、CT和磁共振造影增强剂,还可标记核素(锝99mTc)作为SPECT造影剂,实现对乳腺癌的多模态优势互补的精确诊断。同时,借助CuFeSe2纳米探针对乳腺癌进行光热治疗并实时监测,可以彻底杀死肿瘤细胞、肿瘤没有复发。结论:本课题通过简单的水相合成方法制备的CuFeSe2纳米探针具有优异的生物相容性,可对乳腺癌进行SPECT、光声、CT和磁共振成像引导的光热治疗,为其临床诊疗提供一种潜在的新思路。该研究工作表明CuFeSe2纳米晶体可作为一种理想的诊疗一体化探针,具有潜在的临床转化应用前景。