基于金銀核殼納米棒的生物光學(xué)成像及光熱治療的應(yīng)用研究.pdf

1、生物光學(xué)成像是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種醫(yī)學(xué)成像手段，具有無(wú)創(chuàng)/微創(chuàng)、分辨率高、對(duì)比度高和成像速度快等特點(diǎn)，在疾病的預(yù)防、診斷及治療中都有著廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。然而，生物組織結(jié)構(gòu)的高散射光學(xué)特性，嚴(yán)重限制了光的穿透深度和成像對(duì)比度，使得生物光學(xué)成像技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)更深層生物結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)成像。通過(guò)施加造影劑可以改善成像效果。另外，多模態(tài)成像和診療一體化是當(dāng)前生物光學(xué)成像的發(fā)展趨勢(shì)，探索、找尋一種能夠滿足各種成像模態(tài)需求的多功能造影劑，甚至是聯(lián)合診療

2、試劑可以為生物光學(xué)診療技術(shù)提供強(qiáng)有力的輔助支持。本文的研究目的是基于生物醫(yī)學(xué)光散射、光吸收成像以及治療技術(shù)，采用一種能夠同時(shí)提升上述診療方法效率的復(fù)合金屬納米材料，進(jìn)行在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)成像性能的改善和治療效果的提升進(jìn)行定性定量分析。本文利用光散射和光吸收截面積較大的金銀核殼納米棒材料（Aucore-Agshell nanorods，Au@Ag NRs），以光散射成像為特征的光學(xué)相干層析成像技術(shù)（Optical coherence t

3、omography，OCT）和以光吸收成像為特征的光聲成像技術(shù)（Photoacoustic tomography，PAT）為例，定性定量地分析該納米材料對(duì)改善這兩種成像模態(tài)在腫瘤組織的成像效果和成像深度的情況。同時(shí)，利用金屬納米材料本身光熱轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，結(jié)合光熱治療（Photothermal therapy，PTT），探索新型聯(lián)合診療試劑在腫瘤診斷與治療領(lǐng)域的可行性與應(yīng)用價(jià)值。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　首先，本文結(jié)

4、合Au@Ag NRs和以光散射成像為代表的OCT，系統(tǒng)地研究了該種造影劑對(duì)提升成像效果的影響。本文選取臨床診斷成像效果不佳的卵巢癌作為研究模型，以Au@Ag NRs作為造影劑，通過(guò)OCT系統(tǒng)對(duì)Au@Ag NRs在腫瘤部位的積聚過(guò)程進(jìn)行8小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，深入分析了OCT信號(hào)強(qiáng)度、成像深度及信噪比等參數(shù)的測(cè)量結(jié)果及其變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，Au@Ag NRs組、金納米棒(Gold nanorods，Au NRs)組和PBS組在溶液實(shí)驗(yàn)與活體動(dòng)

5、物實(shí)驗(yàn)中的OCT信號(hào)強(qiáng)度差異較明顯，通過(guò)計(jì)算獲得溶液實(shí)驗(yàn)中Au@Ag NRs組的信噪比為6.12，而相應(yīng)的Au NRs組和PBS組的信噪比分別為4.93與0.52。在活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，Au@Ag NRs組的A-Line信號(hào)在4h時(shí)最強(qiáng)，且其對(duì)應(yīng)的組織中1/e穿透深度為未加入造影劑時(shí)的1.73倍。本研究證實(shí)了將Au@Ag NRs作為OCT造影劑的可行性與有效性，這對(duì)拓展OCT在腫瘤檢測(cè)方面的應(yīng)用具有較重要的意義。
　　其次，本文結(jié)合A

6、u@Ag NRs和以光吸收成像為代表的PAT，系統(tǒng)地研究了該種造影劑及其銀殼厚度變化對(duì)PAT信號(hào)幅值和成像對(duì)比度的影響，為PAT/OCT雙模態(tài)成像造影打下基礎(chǔ)。首先，通過(guò)仿體實(shí)驗(yàn)，分析與評(píng)估該種復(fù)合納米材料對(duì)光聲信號(hào)的增強(qiáng)作用。在此基礎(chǔ)上，在活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，對(duì)Au@Ag NRs在乳腺癌腫瘤鼠中的積聚過(guò)程進(jìn)行24小時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，定性地分析了造影效果隨時(shí)間變化的規(guī)律以及不同銀殼厚度對(duì)PAT成像質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明，與目前造影劑領(lǐng)域獲得廣

7、泛認(rèn)同的單一元素的金納米材料Au NRs相比，復(fù)合金銀納米材料Au@Ag NRs在仿體和活體實(shí)驗(yàn)中采集到的PAT信號(hào)分別提高了45.3%與82%，并且其造影有效時(shí)間比Au NRs組提前了6個(gè)小時(shí)，有效提高了PAT的造影效率。
　　最后，為了探索Au@Ag NRs作為聯(lián)合診療試劑的可行性，本文又分析評(píng)估了Au@Ag NRs對(duì)PTT療效的影響。我們將吸收峰處于同一波長(zhǎng)處的Au@Ag NRs和Au NRs進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，吸收

8、峰處于770nm的Au@Ag NRs的光熱轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于吸收峰處于同一位置的Au NRs，在相同時(shí)間內(nèi)Au@Ag NRs的溫升達(dá)到了Au NRs的2倍，并在后期療效觀察實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)熒光實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果調(diào)整PTT的治療參數(shù)，優(yōu)化PTT的治療效果。此研究結(jié)果為研發(fā)聯(lián)合診療試劑提供了可供借鑒的研究基礎(chǔ)與較為完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　本論文重點(diǎn)對(duì)金銀復(fù)合納米材料Au@Ag NRs在OCT與PAT成像深度與圖像對(duì)比度增強(qiáng)的應(yīng)用方面進(jìn)行了深入的研究

9、，定性評(píng)價(jià)了該種材料作為這二種典型光學(xué)成像技術(shù)造影劑的有效性，并定量分析了不同銀殼厚度、不同吸收波長(zhǎng)等物理參數(shù)對(duì)成像質(zhì)量的影響以及造影效果隨著時(shí)間的變化規(guī)律。在PTT的療效研究中，通過(guò)與Au NRs的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了復(fù)合金銀納米材料的溫升效果明顯優(yōu)于單純的金納米材料，同時(shí)我們又分析了治療參數(shù)與最佳治療時(shí)間點(diǎn)之間的關(guān)系。本論文的研究成果為研發(fā)聯(lián)合診療試劑提供了一種新的研究思路，探討了聯(lián)合診療試劑的可行性與應(yīng)用價(jià)值，為將來(lái)OCT/PAT/P