顯微MR成像技術(shù)在腫瘤實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用.pdf

1、基因治療和生物治療的興起決定了開(kāi)展小動(dòng)物成像的必要性,傳統(tǒng)的研究方法大部分局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi),常采用分子生物學(xué)技術(shù)驗(yàn)證預(yù)期結(jié)果.但是活體內(nèi)復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境和多種影響因素決定了將實(shí)驗(yàn)室中得到的研究結(jié)果應(yīng)用于臨床尚存在極大的差距,我們需要一種介于實(shí)驗(yàn)室研究和臨床應(yīng)用之間的中間環(huán)節(jié),最近在表現(xiàn)型成像方面引起了注意. 分子基因?qū)W家想方設(shè)法以動(dòng)物模擬人類疾病,醫(yī)藥公司為了研制新的藥物和劑型,因此需要大量的轉(zhuǎn)基因或基因缺失的小鼠,特別是開(kāi)發(fā)新型抗腫

2、瘤藥物和探索新的抗腫瘤途徑,更加需要可靠的活體內(nèi)監(jiān)測(cè)方法.小鼠費(fèi)用的增加和某些轉(zhuǎn)基因鼠的相對(duì)缺乏促使研究者考慮以活體的小鼠成像來(lái)代替宰殺后行組織學(xué)檢查的方法,為了促進(jìn)人類疾病動(dòng)物模型研究中高分辨率成像技術(shù)的發(fā)展,美國(guó)癌癥研究所資助了數(shù)個(gè)小型動(dòng)物成像資源項(xiàng)目. 小動(dòng)物的成像對(duì)于儀器有特殊的要求, 20g的小鼠和70Kg的人類有明顯的不同.最近幾年,小動(dòng)物專用的成像系統(tǒng)的研究興趣增加,目前國(guó)外廣泛使用的動(dòng)物磁共振成像系統(tǒng)(Magnet

3、ic resonance imaging,MR imaging)是采用動(dòng)物專用MR系統(tǒng)和線圈,但是費(fèi)用昂貴,每臺(tái)需要100萬(wàn)美元以上,甚至國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)難以購(gòu)置大型的顯微MR成像系統(tǒng),根據(jù)我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,大部分研究單位更加難以購(gòu)置如此昂貴的研究?jī)x器.本研究擬基于廣泛應(yīng)用的臨床型MR系統(tǒng)結(jié)合小動(dòng)物線圈分別行幼年大鼠MRS成像、小鼠種植性腫瘤的成像,以代替目前昂貴的小動(dòng)物專用MR成像系統(tǒng). 活體內(nèi)追蹤和監(jiān)視納米顆粒的活性以及

4、了解納米級(jí)顆粒載體粘附和藥物釋放規(guī)律對(duì)于抗腫瘤藥物納米化載體研制和改進(jìn)以及未來(lái)的臨床應(yīng)用有重要價(jià)值.作為藥物和生物活性物質(zhì)的載體,藥物學(xué)家和臨床醫(yī)師必須在早期就明確納米顆粒載體是否吸附固定于靶器官或組織、目的物質(zhì)是否釋放出來(lái)并與靶組織發(fā)生相互作用以及能夠持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮其生物學(xué)作用,首先,顯示納米顆粒是否吸附到位顯然是優(yōu)先需要解決的問(wèn)題.由于MR成像無(wú)創(chuàng)傷性,具有極高的軟組織分辨率,因此成為較理想的研究手段.本課題將合成可以MR體內(nèi)示蹤

5、的納米載體,活體內(nèi)顯示該載體在小鼠結(jié)腸壁的粘附和吸收現(xiàn)象,為以后的靶向抗腫瘤藥物納米載體研究提供可靠的活體內(nèi)觀察手段. 研究目的: 1.探索利用臨床型MR系統(tǒng)進(jìn)行小動(dòng)物<'1>HMRS分析的掃描技術(shù)和應(yīng)用可行性; 2.探索臨床型MR成像系統(tǒng)和小動(dòng)物線圈行小鼠腫瘤模型成像的可行性,為小鼠腫瘤模型的研究和新型治療措施提供活體內(nèi)觀察手段; 3.合成包裹MR對(duì)比劑Gd-DTPA的多糖類殼聚糖納米載體顆粒,并以MR

6、成像方法在體顯示殼聚糖納米載體腸壁粘附和吸收現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)納米載體的MR分子成像; 4.以MR常用對(duì)比劑Gd-DTPA標(biāo)記合成含熒光素FITC(Fluorescein isothiocyaJlate)的Gd-ODA-FITC(Gadolenium-otcadecylamine-fluorescein isothiocyanate)載藥固體脂質(zhì)納米粒(Solid liposome nanoparticles,SLN)藥物載體,并探索以

7、MR成像監(jiān)測(cè)含Gd-ODA-FITC的納米載體在結(jié)腸壁的吸附現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)靶向固態(tài)脂質(zhì)體納米顆粒載體的MR分子成像. 5.擴(kuò)展臨床型MR成像系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,代替昂貴的動(dòng)物專用磁共振成像系統(tǒng)開(kāi)展小動(dòng)物腫瘤模型顯微成像和分子影像學(xué)研究.通過(guò)納米顆粒載體的MR成像,為以后經(jīng)結(jié)腸粘膜途徑的結(jié)腸腫瘤的靶向診斷和治療提供可靠的影像學(xué)依據(jù),為新型靶向載體和藥物的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù). 材料和方法: 1.所有實(shí)驗(yàn)均采用臨床型1.5T的

8、MR掃描儀和小動(dòng)物線圈進(jìn)行成像.以高熱浴水法制作10只雄性幼年SD大鼠抽搐動(dòng)物模型(大鼠體重25g),以PRESS(point resolved spectroscopy)法行高熱抽搐處理組多體素腦部<'1>H質(zhì)子MR波譜成像和常規(guī)T2WI掃描成像,對(duì)照組選擇10只正常幼年SD大鼠,同樣方法行<'1>HMRs成像.根據(jù)MRs結(jié)果判斷有無(wú)乳酸波峰,分別測(cè)量Cho/NAA、Cr/NAA、Cho/Cr和Lac/Cr比值,比較正常組和處理組各波

9、峰高度比值差異并行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,結(jié)果與常規(guī)T<,2>WI圖像對(duì)照后者有無(wú)腦組織信號(hào)異常; 2.建立20只小鼠皮下種植性S-180腫瘤模型,7天后以1.5T臨床型MR成像系統(tǒng)和小動(dòng)物線圈行MR成像,MR成像序列為化學(xué)位移脂肪抑制FLAIR-T<,1>WI和T<,2>WI掃描序列,采用橫斷位掃描,測(cè)量橫斷位腫瘤最大徑,根據(jù)MR圖像判斷腫瘤內(nèi)有無(wú)出血壞死、腹壁肌肉侵犯等.小鼠處死后解剖腫瘤,以對(duì)應(yīng)MR圖像測(cè)量腫瘤橫徑,觀察有無(wú)與腹壁肌肉

10、和皮膚粘連,切開(kāi)腫塊后判斷有無(wú)瘤內(nèi)出血壞死; 3.以乳滴聚結(jié)法合成包裹MR對(duì)比劑Gd-DTPA的殼聚糖納米顆粒載體Gd-nanoCPS(Gadolinium-chitosan nanoparticles),對(duì)照組顆粒內(nèi)無(wú)Gd-DTPA的Nano-CPS顆粒.測(cè)定顆粒形態(tài)、大小和對(duì)比劑的包埋率.體外試驗(yàn)分別以T<,1>WI、T<,2>WI、GRE-T<,2><'*>WI和FLAIR-TlWI序列掃描含有Gd-nanoCPS顆粒、

11、Nano-CPS顆?；鞈乙?、0.1mg﹪NNNGd-DTPA溶液和普通水,測(cè)定各種液體信號(hào).體內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)記組和對(duì)照組分別為8只成年雄性昆明小鼠.將Gd-nanoCPS混懸液逆行灌注已經(jīng)清潔灌腸后的小鼠直腸內(nèi),保留灌腸40分鐘后充分清潔結(jié)腸.分別于灌注前、保留灌注中和清潔結(jié)腸后以脂肪抑制FLAIR-T<,1>WI和T<,2>WI序列橫斷掃描直腸或結(jié)腸;對(duì)照組以同樣方法選取同樣濃度的Nano-CPS混懸液灌腸,掃描后取組織送電鏡觀察.在FLA

12、IR-T<,1>WI序列圖像測(cè)量灌注前后結(jié)/直腸壁、肌肉和圖像背景磁共振信號(hào)強(qiáng)度(SIr<,pre>,SIm<,pre>和SIn<,pre>)(SIr<,post>,SIm<,post>和SIn<,post>),計(jì)算SIr<,pre>/SIm<,pre>SIn<,pre>/SIm<,pre>和SIr<,post>/SIm<,post>,SIn<,post>/SIm<,post>比值.比較灌注前后結(jié)/直腸壁信號(hào)變化,統(tǒng)計(jì)學(xué)采用t檢驗(yàn);

13、 4.以溶劑擴(kuò)散法(Solvent diffusion method)合成包裹等量Gd-DTPA和FITC-ODA的Gd-ODA-FITC和無(wú)Gd-D17PA的對(duì)照組單純ODA-FITC固態(tài)脂質(zhì)體納米顆粒載體,測(cè)定納米顆粒大小和包裹效率.體外試驗(yàn)分別以PDWI、T<,2>WI、T<,2><'*>GRE和FLAIR-T<,1>WI序列掃描含有兩種顆粒混懸液和普通水,測(cè)定各液體信號(hào).體內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)記組和對(duì)照組分別為7只和5只成年雄性昆明小鼠

14、.將含Gd-ODA-FITC的顆粒混懸液逆行灌注已經(jīng)清潔灌腸后的小鼠直腸內(nèi),保留灌腸40分鐘后充分清潔結(jié)腸.分別于灌注前、保留灌注中和清潔結(jié)腸后以脂肪抑制FLAIR-T<,1>WI和T<,2>WI序列橫斷位掃描直腸及結(jié)腸;對(duì)照組以同樣方法選取同樣濃度的含ODA-FITC顆?；鞈乙罕Ａ艄嗄c,掃描后取直腸冰凍切片后以熒光顯微鏡觀察FITC熒光強(qiáng)度和腸壁分布,HE染色對(duì)照熒光物質(zhì)相對(duì)應(yīng)組織學(xué)解剖位置.在FLAIR-T<,1>WI序列圖像測(cè)量灌

15、注前后腸壁、肌肉和圖像背景磁共振信號(hào)強(qiáng)度(SIr<,pre>,SIm<,pre>和SIn<,pre>)(SIr<,post>,SIm<,post和Sin<,post>),計(jì)算SIr<,pre>/SIm<,pre>,Sln<,pre>/SIm<,pre>和SIr<,post>/SIm<,post>,SIn<,post>/SIm<,post>比值.比較灌注前后腸壁信號(hào)變化,統(tǒng)計(jì)學(xué)采用t檢驗(yàn). 結(jié)論: 1.臨床型MR結(jié)合小動(dòng)

16、物線圈可以成功進(jìn)行幼年大鼠的<'1>HMRs成像,反映正常腦組織和動(dòng)物模型腦代謝物的變化,是活體內(nèi)研究大鼠級(jí)腦腫瘤等疾病模型代謝變化的可靠方法. 2.臨床型MR成像系統(tǒng)結(jié)合小動(dòng)物線圈可以清晰顯示皮下種植腫瘤特性以及周?chē)址盖闆r,是活體內(nèi)研究小鼠皮下種植性腫瘤生長(zhǎng)和療效觀察的的可靠手段. 3.MR對(duì)比劑Gd-DTPA可以成功標(biāo)記殼聚糖納米顆粒載體并以MR成像顯示載體直腸壁粘附和吸收現(xiàn)象,MR成像是活體內(nèi)監(jiān)測(cè)靶向納米載體的有

17、效技術(shù). 4.Gd<'2+>標(biāo)記的Gd-ODA-FITC納米顆粒是一種非常有前途的可以熒光觀察對(duì)照的靶向脂質(zhì)體對(duì)比劑,MR成像技術(shù)可以活體內(nèi)顯示Gd<'2+>標(biāo)記的固態(tài)脂質(zhì)體顆粒載體結(jié)腸壁粘附和吸收現(xiàn)象,MR成像是活體內(nèi)監(jiān)測(cè)靶向載藥固態(tài)脂質(zhì)體納米粒載體的有效技術(shù). 5.采用價(jià)格相對(duì)便宜的小動(dòng)物線圈,可以將臨床型的MR成像系統(tǒng)應(yīng)用到小動(dòng)物腫瘤模型研究和分子影像學(xué)研究中,部分代替小動(dòng)物專用MR成像系統(tǒng).以MR對(duì)比劑標(biāo)記的靶向