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中國科學院化學研究所北京1001902中山大學藥學院微生物與生化藥學實驗室廣州5100803北京大學臨床腫瘤學院北京腫瘤醫(yī)院北京100036)摘要:本文根據(jù)近年來國內外發(fā)表的相關研究成果總結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域中的應用為背景闡述了腫瘤分子影像領域的未來發(fā)展趨勢.關鍵詞: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.物理化學學報(WuliHuaxueXuebao)ActaPhys.Chim.Sin.201228(5)9931011MayReceived:January152012Revised:February212012PublishedonWeb:March2201

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

7、3)(2011CB935800)和國家自然科學基金(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成為導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、轉移預警、療效預測及有效治療的臨床方法.歸根結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)€體化信息的相關技術方法.從理論上講近年來發(fā)展的分子影像技術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移、多藥耐藥及療效預測提供密

9、切相關的個體化分子信息.目前腫瘤分子影像技術的發(fā)展仍然強烈地取決于分子影像探針技術的發(fā)展而磁性氧化鐵納米顆粒以其獨特的物理性質及良好的生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、X射線計算機斷層成像(XraycomputedtomographyCT)技術、核醫(yī)學成像技術(positronemissiontomographyPETsingleph

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

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

12、yDOT)、熒光介導層析成像(fluorescencemediatedtomographyFMT)、熒光蛋白光學層析成像(fluescenceproteintomographyFPT)、光學相干層析成像(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)以及顯微內窺鏡技術(microendoscopy)等.33.2分子影像技術分子影像(molecularimaging)技術即以非入侵的方式為活體內參與生理和病理過程的分子、病灶的關鍵靶位及宿主反應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)基礎上更為深入地揭示組織細胞的生物學特點如代謝、增殖、血管生成以及基因表達等.上述生物學信息更接近生命本質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、腫瘤轉移預警及療效預測等提供必要的臨床依據(jù).分子影像技術所依托的成像手段既包括臨床上廣泛采用的影像技術同時也包括目前正在高速發(fā)展的各種光學成像手段.臨床常用影像技術的基本特征包括:(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.光學成像技術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)成像技術包括:FMTMRI、FMTCT等以彌補光學影像的不足.盡管上述光學影像技術的臨床應用還有漫長的路要走但光學影像可原位實時地在分子層面上揭示分子生物學過程的特點有著目前臨床影像技術所不具備的優(yōu)勢.總之將傳統(tǒng)的醫(yī)學影像技術和新近發(fā)展的光學成像方法應用于分子影像不僅需要更新傳統(tǒng)的成像技術有針對性地發(fā)展相關成像設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建原理和構建方法.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合位點的結構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)分子影像探針的構建.最后將納米技術與生物技術相結合還完全有可能構建出對靶點具有智能響應的新一代智能化分子影像探針(targettriggeringsm

17、artprobes).4納米醫(yī)學的現(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”這個嶄新的研究領域.納米醫(yī)學既可廣義地定義為一種基于分子工具和醫(yī)學知識形成的臨床診斷和治療技術也可以定義為利用納米尺度或納米結構材料具有的獨特的生物效應來發(fā)展其醫(yī)學應用的科學.4納米醫(yī)學提出于上世紀90年代末期但相關工作始于上個世紀80年代當時與納米醫(yī)學最為密切相關的研究領域就是磁性氧化鐵納米顆粒在腫瘤診斷方面的應用及其臨床評估.標準的毒理藥理學測試結果