新纳米医学技术进行癌症早期检测和改进的治疗方法的现状和展望.doc

新纳米医学技术进行癌症早期检测和改进的治疗方法的现状和展望作者：dhruba j. bharali a, shaker a. mousa a,b关键字：癌症治疗 磁振荡成像（mri） 纳米医学 纳米粒子 断层电镜扫描（pet） 量子点目录1.前言22.癌症治疗42.1 紫杉醇52.2 顺铂72.3 链霉素92.4 氟尿嘧啶112.5 喜树碱122.6 绿茶142.7 甲状腺激素143. 癌症诊断163.1 量子点163.2 核磁共振成像203.2.1氧化铁纳米粒子203.2.2钆交联纳米粒子233.3正电子发射断层扫描264.结论29参考文献30摘要纳米医学技术的应用，通常简称为“纳米医学”，具有维持我们人类健康和治疗疾病的能力。我们在纳米水平的研究为我们在分子水平上发现一些人类最复杂的疾病提供了机会，并且它在显著改善疾病预防、诊断和治疗上也有了很显著的发展。纳米体系日新月异的进步和新兴纳米系统技术，特别是纳米粒子的发展，对于我们进行癌症的诊断，治疗和检测有着深远的影响。纳米粒子体系通过改善的化学疗法增加药物的可溶性和稳定性而在纳米医学领域引起了强烈的关注。此外，纳米粒子通过结合在特定的肿瘤细胞表面受体，如肿瘤特异性的抗体或配体来增强纳米颗粒药物传输系统的有效性，同时它还能显著降低药物毒性。也许纳米医学上最令人兴奋的进展是肿瘤成像和载药这种多功能的纳米颗粒体系的形成。在一个相对来说很短的时期内，纳米医学已经在全球市场内占据了强有力的一部分。这篇综述提供了纳米医学的最近进展的总结，特别是在纳米颗粒和抗癌载药方面的进展。我们也讨论了各种用于癌症检测或成像的纳米探针的研究。最后，我们也会讨论这一新兴的充满活力的领域以及这一领域潜在的影响。目录1.前言尽管研究者和工业界对癌症有了许多的研究，癌症仍然是美国和世界上死亡率最高的疾病之一。2007年，全世界范围内有7,021,000人死于癌症，癌症成为全球第二大杀手，死于癌症的人数占总死亡人数的12.5%。世界卫生组织估计：到2010年，癌症将成为全世界人死亡的主要原因。尽管癌症治疗在过去的几十年间有了显著的进步，但是现代癌症诊断和治疗的方法主要还是以入侵为主（比如随机活体和手术）以及粗糙的、无特异性的技术，比如像化疗和化学试剂。癌症继续成为人们致命的原因，现代治疗技术不能显著提高癌症的诊断效果。纳米技术应用到医药或者纳米医学领域将对普遍身体健康产生深远的影响，特别对于癌症的诊断，特异性治疗有很大的潜力。纳米的前缀在希腊文中是“侏儒”的意思。根据其形状大小，国际纳米技术协会把纳米技术定义为“在材料科学和生活现象中处于1到100纳米的粒子。”纳米粒子代表一个真正的纳米级体系，通常这个体系粒子的直径不大于1个到几百个纳米。我们可以把纳米颗粒组装到一系列的化疗药物中，并且直接标记这些载体，并把它们运送到特定的肿瘤附近，来实现高效而低毒性的治疗。此外，纳米颗粒的尺寸和表面性质修饰过后，可以阻止机体自身的调节反应，保持血液循环。这些纳米粒子的性质使得他们成为了纳米医学中研究最广泛的系统之一。早期癌症治疗的最关键的一个点在于肿瘤细胞的转移之前的诊断。如果癌症早期就被诊断出来了，大多数癌症是可以进行有效治疗的，而且患者也可以全面康复。不幸的是，癌症的早期诊断对于我们来说，仍然是一个很大的挑战，因为癌症临床上的症状在癌症发展到致命的阶段之前都很少表现出来。因此，我们急切地需要创口微小且对患者无伤害的检测和预测癌症的有效技术。为此，许多种以纳米粒子为基础的、改良的诊断成像以及靶向化疗药物技术正在开发中。靶向给药将有助于减少微创手术和放射治疗的需要，同时靶向给药更敏感的成像方法将有利于癌症的早期发现和更好的预期诊断。因此，发展的高敏感度和高特异性的以纳米粒子为基础的光学成像平台的发展会对预防、诊断和治疗癌症产生革命性的影响。这篇综述提供了纳米医学最新进展的全面总结，特别与纳米粒子和抗癌药物运输有关。我们也讨论了各种用于癌症检测或成像的纳米探针的研究。最后，我们也会讨论这一新兴的充满活力的领域以及这一领域潜在的影响。2.癌症治疗大多数治疗癌症的药物是不溶于水的，而且要溶解在有机溶剂里，以便于作为可注射的溶液。这些有机溶剂有毒，而且有副作用。低分子量的抗癌药物可以迅速排泄但是治疗的表征系数很低。这就要求医院对癌症病人增加剂量，而细胞毒性和其他不良事件发生的频率也增加了。另外，化疗药物，当它们单独作用时，缺乏特异性并且会对正常组织造成重大损害，引起不良的副作用，比如骨髓被抑制、脱发和肠上皮细胞的脱落等。纳米技术和运输抗癌药物的结合为许多与传统的抗癌疗法有关的问题提供了解决方案。纳米粒子直径通常为100纳米，它可以不溶性或难溶性药物转化为可溶的悬浮液中，这样就不需要有毒的有机溶剂。抗癌药物和纳米粒子结合，不仅可以降低细胞毒素作用，也可以增加积累在肿瘤血管的药物量，这种现象被称为渗透和保留增强作用（epr）。doxil and abraxane是两种以纳米技术为基础的抗癌药配方，这两种配方分别经过美国食品和药物管理局批准，用来治疗卵巢癌和乳腺。doxil是一种循环缓释链霉素脂质体，这种链霉素与游离链霉素相比，疗效明显加强。abraxane （abraxis公司）是一个白蛋白结合型紫杉醇纳米颗粒配方。abraxane配方是用来缓解由传统的紫杉醇溶剂cremophor el引起的过敏性反应。目前临床试验中许多以其他的纳米粒子为基础的制剂列在表1当中 。通过表面修饰或肿瘤特异性靶向模式结合被包裹和缓释的方式（即亲水性的表面改性涂料）可以增加若干倍的纳米颗粒制剂的疗效。通过这种方式，表面性能增强的纳米颗粒能够有选择性地传输给癌症位点更高剂量的药物或造影剂。下面详细地介绍被动和靶向纳米输送系统，这个系统主要用于运输一些当下使用的主要抗癌化疗药物，下面还要介绍有一定潜力的治疗癌症的药物（即绿茶提取物和甲状腺激素替代剂）。2.1 紫杉醇紫杉醇是至今仍在使用的最古老的化疗化合物之一。它最初是从太平洋红豆杉树和红豆杉中提取，后来由bristol-myers squibb对其进行商业开发。它以taxol标签来出售。紫杉醇促进微管组装，并稳定微管来抵抗解聚作用，从而抑制细胞分裂。 sharmaet等人（1996年）第一次展示了纳米微粒紫杉醇制剂的发展，他们使用聚乙烯吡咯烷酮纳米粒子合成的反向微乳液。植入黑色素瘤b16-f10细胞的c57b1 / 6小鼠与没有植入紫杉酚的小鼠相比，小鼠体内具有抗癌活性纳米粒子的肿瘤体积明显变小。既然这样的话，包含有乳酸-羟基乙酸共聚物的可生物降解的纳米粒子被广泛运用到纳米颗粒的载药系统中。fonseca et al.等人研究表明，载有紫杉醇，直径小于200nm的plga纳米粒子可以通过界面沉积制备。这些plga纳米粒子在第一个给药24小时内释放药物速度很快，随后进入较慢的连续释放药物阶段。体外nci- h69的sclc人体小肺癌细胞流活力测试表明，含紫杉醇的纳米制剂比不含紫杉醇的商业制剂对细胞的毒性低。董和丰等人口头描述了一个用plga/mmt制定紫杉醇的配方。使用荧光香豆素-6掺杂的的plga / mmt纳米粒子进行细胞摄取分析表明：依据不同的mmt的量，caco-2细胞和ht-29细胞在使用plga / mmt比只使用plga的纳米粒子吸收率分别增加了57-177 和11-55 。这一配方能使药物在胃肠道停留时间（gi）更长 ，是口服紫杉醇药物的有效作用机制。最近的一项研究表明，同样一组针对乳腺癌治疗的plga / mmt纳米颗粒显示出很大的潜力。连接紫杉醇的plga / mmt纳米粒子通过溶剂萃取/蒸发方法以及把抗人表皮生长因子受体2（her2）抗体曲妥珠单抗结合而合成。激光共聚焦显微镜显示：在caco-2细胞的结肠腺癌细胞和sk-br- 3乳腺癌细胞中抗her2 结合plga /mmt纳米粒子与没有结合的纳米粒子相比，结合的纳米粒子药效吸收更好。此外，sk-br-3细胞中，结合了抗体纳米的配方比未结合紫杉醇或或plga / mmt纳米粒子的配方毒效要高13倍。在另一种变化中，维生素e -tpgs乳化过，包裹紫杉醇的plga纳米粒子通过溶剂萃取或蒸发方法合成。这些纳米粒子刚开始表现出“爆炸性”释放效果，之后在体内再进行缓释。掺紫杉醇的维生素e- tpgs乳化的plga纳米粒子与商业上普遍运用的紫杉醇相比，前者在ht-29细胞中表现出卓越的细胞毒性，体内药物动力学的测量显示：紫杉醇药物与未包裹紫杉醇的药物相比，药效要好3倍。在纳米医学中，使用不同的聚合物或者混合复合物材料合成纳米粒子是一个活跃的研究领域。根据装载药物溶解度不同，混合聚合物材料有了更多的灵活性。近来报道的混合目标聚合纳米粒子是用双组分的共聚物和包裹紫杉醇合成的。复合物的一个组成部分是聚（丙交酯） -d- -生育酚聚乙二醇琥珀酸酯（pla tpgs）它们起到疏水-亲脂平衡作用，另一个部分是tpgs -cooh，tpgs -cooh有利于针对性地结合部分叶酸。混合纳米粒子与不含紫杉醇的纳米粒子相比有更好的疗效，对mcf- 7 乳腺癌细胞来说效果增加8.68，结合了叶酸的纳米粒子把药物输送到癌细胞的效果变好，如果结合了紫杉醇的话，效果更（ 24.4-31.1 ，取决于共聚物比）。相似的结果在c6神经胶质瘤细胞也可以得到。2.2 顺铂顺铂是以铂类为基础的化疗药物，它于1978年被fda批准供临床使用。从那时起，它一直是临床上使用最广泛的抗癌药物，尽管后来出现了许多新的化疗药物。它被用来治疗许多癌症，包括肉瘤、癌细胞（如小细胞肺癌和卵巢癌）、淋巴瘤、生殖细胞肿瘤。顺铂是一种能干扰有丝分裂的dna交联剂。顺铂诱导的dna损伤可以激活dna修复机制，这些机制 不能修复顺铂交联而引起细胞凋亡或细胞死亡。在20世纪90年代中期， egea等人报道的合成烷基氰基封装顺铂的纳米颗粒并测试使用不同的表面活性剂和不同尺寸的葡聚糖包裹的纳米颗粒的包裹率（egea等人，1994）。最大包裹率右旋糖酐70和0.08硫酸月桂酯钠作为稳定剂组合来实现。avgoustakis等（2002）使用长循环plga-单甲氧基 - 聚（聚乙烯乙二醇）（plga-mpeg）纳米粒子合成了生物相容性和可生物降解的被动（无特异性的）纳米颗粒系统。 包裹顺铂的plga -mpeg纳米粒子作用初期能快速释放药物，然后在ph值为7.4时在体外相对缓慢地释放药物。释放动力学速度取决于plg和-mpeg的比率，也就是说，顺铂在作用初期的释放量随着mpeg量的增加而增加。将顺铂包裹到plga -mpeg的纳米粒子导致balb / cmice静脉注射的循环中停留时间增加。在体外实验结果相似， plga与mpeg的比例影响血液中顺铂的外形。（avgoustakis等人，2002）。同一组的另一项研究了人前列腺癌lncap细胞中顺铂在plga -mpeg的纳米粒子与未封装的顺氯氨铂的细胞毒作用（gryparis等人，2007）。barroug等人（2004）由无机纳米磷酸钙组成的顺铂的载体系统。他们对三种不同类型的磷酸钙进行了测试：次级结晶羟基磷灰石，结晶良好的羟基磷灰石，碳酸磷灰石。三个纳米粒子在体外累积释放速度相似（20天后释放70% ），但观察结晶减少速度更慢。使用无性繁殖的小鼠骨肉瘤k8细胞测试磷灰石/顺铂纳米粒子的细胞活力结果显示：细胞毒作用有一定的剂量依赖性（barroug等人，2004）。壳聚糖及其衍生物是载药中使用最广泛的聚合物，因为它们在体内的生物相容性和生物降解性很好（agnihotri等人，2004; kim等人，2005年; prabaharan 马诺，2005年）。 kim等人。（2008）报道了一种使用疏水性乙二醇壳聚糖（ hgc ）有目标地载顺氯氨铂的纳米粒子的新方法。 用5- cholanic酸处理乙二醇壳聚糖获得hgc- cholanic酸结合物。顺铂与包裹的疏水核心hgc纳米粒子结合在一起得到80包裹成功率（kim等，2008） 。此配方中的主要缺点是：与不包裹顺铂相比，包裹顺铂的细胞毒性水平很低。研究者归因于顺铂从hgc纳米粒子中释放速度较低。顺铂-hgc纳米粒子肿瘤靶向性通过使用活体动物成像和以cy5.5标记过的顺铂-hgc纳米粒子来证明。顺铂-hgc纳米粒子聚集在肿瘤组织中的原因最有可能是因为长期循环和hgc载体的epc效应，顺铂-hgc纳米粒子与不含顺铂的粒子相比，表现出更强的抗肿瘤效果和较低的毒性（kim等，2008）。2.3 链霉素链霉素是另一种广泛地使用于治疗乳腺癌，卵巢癌，膀胱癌和肺癌化疗剂。链霉素与dna抑制拓扑异构酶ii的活性，拓扑异构酶ii是dna修复中很重要的一种酶，它可以解开dna螺旋进行修复（heisig，2009）。链霉素阻止了dna再次形成双螺旋结构，从而有效地阻止复制。链霉素是一种非常有效的抗癌药物，但它有很强的副作用，副作用包括不可逆的心肌毒性和致命性充血性心脏病，因此我们限制它的使用（冯霍夫等人，1982）。使用纳米颗粒载体对链霉素进行改进是研究的热点（ jones等人，1989）。在第一个关注链霉素纳米载体系统的研究中，对肝癌患者静脉内注射吸附到聚甲基丙烯酸酯上的链霉素纳米颗粒与不含链霉素的试剂相比，患者的血浆水平更长，总清除时间更短。（罗曼罗兰，1989）。将polyalkylcyano丙烯酸钠纳米粒子与链霉素结合给小鼠进行静脉注射后，使其心肌毒性降低（库弗勒等人，1982年;凡尔登等人（1986），以及增加体外多药耐药的细胞流的细胞毒性（居维叶等人，1992）。简氏等人（2001）说明了利用壳聚糖纳米粒子载链霉素的可行性。链霉素结合含有葡聚糖硫酸盐的壳聚糖纳米粒子与不含链霉素的壳聚糖纳米粒子相比，有更好的细胞生长活性（简氏等人，2001）。有趣的是，在链霉素与壳聚糖在纳米粒子形成之前结合会导致活性轻度降低，这表明合成这种药物载体系统的方法是非常重要的。在另一项研究中，mitra等（2001）发现链霉素反式结合（dex- dxr）壳聚糖纳米粒子在balb / c小鼠对抗j774a.1巨噬细胞移植瘤表现出更强的抗肿瘤效应。与dex -dxr或不含链霉素的药物相比，注射了dex- dxr壳聚糖纳米颗粒的动物表现出更高的肿瘤回归与存活时间。这些结果表明，包封链霉素的纳米颗粒不仅可以减少其副作用，还提高了治疗实体肿瘤的效果，因为它需要更长的循环时间，并且积聚在肿瘤部位的时间也更长（ mitra等，2001）。plga-链霉素共轭的纳米粒子也被用来作为抗癌药物。 plga-链霉素纳米粒子在hepg 2人肝癌细胞表现的毒性较低，但在体内，含纳米粒子药物的抗肿瘤活性的与不含链霉素的药物相差不大（yoo等人，1999年，2000年）。包裹了聚山梨酯涂层80的plga 纳米粒子可以显著增加链霉素在脑组织中的量。但是，这些颗粒与不含链霉素的药物相比会引起急性肾脏中毒（manil等， 1995），以及降低穿透人工膜的渗透率（穆勒和kreuter ，1999年）。以脂质体为基础的药物输送系统发展超过了四十年。这种方法主要的局限性包括稳定性差，批次之间的重复性差，杀菌困难和载药量低。然而，尽管存在这些障碍，目前纳米治疗的一个成功故事是doxil，一种长效的聚乙二醇化脂质体链霉素。doxil对链霉素进行明显的改进，它是经过fda批准用于卵巢癌的治疗的药物（斯特罗瑟马泰，2009年）。2.4 氟尿嘧啶氟尿嘧啶（5-fu）是嘧啶类似物，它是一种有名的抗癌药物。5-fu主要通过抑制胸苷酸合酶活性，从而阻止胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是dna复制必需的核苷酸。kreuter等人在20世纪80年代中期使用聚氰基丙烯酸丁酯（ pbcn ）纳米粒子第一次描述了纳米粒子介导的5 - fu。pbcn结合5-fu和传统药物相比，前者在小鼠腹腔内（ip）的s180肿瘤细胞对皮下克罗克肉瘤表现出更强的细胞毒作用，pbcn标记的5-fu则能更加持久地停留在肿瘤部位（kreuter哈特曼，1983）。此配方中的主要缺点是药物在其他器官中停留、积累的时间也很长。为了消除这种不良的副作用，simeonova等（2003）提供了合成5-fu加载pbcn纳米粒子用来治疗皮肤损伤的不同方法（ simeonova等， 2003） 。这种配方在体外和体内的疗效有待进一步研究。为了提高5-fu运输到肝脏的效率和减少副作用，yu等人（2003年）使用硬脂酰化酰氯得到n1 -硬脂基-5- fu （5 - fus），然后通过物理集聚包裹成固体脂质纳米粒子，合成5-fu。5-fus-slns平均直径为240.19纳米，载药量为20.5。5-fus-slns在体外释放药物特性可以用一个一阶药物动力学模型来解释。5-fus-slns在小鼠中的分布表明，肝脏处5-fu浓度于未包裹5-fu的小鼠相比是后者的两倍。在兔上做实验，得到分布容积（vd）的消除半衰期（t1 / 2 ）和间隙（cl）分别为0.04336 l /千克， 1.2834小时（h）和0.1632 l / h（ yu等，2003） 。这些结果表明， 5-fus-slns有肝靶向性。使用的前体药物可以提高药物脂溶性为传统的胶体输送系统提供了有趣的选择。2.5 喜树碱camptosar （盐酸伊立替康，或cpt -11 ）和hycamtin （拓扑替康）是两个最近被fda批准分别用于晚期大肠癌和卵巢癌的抗癌药物。这两种药物都是首次从喜树碱（ cpt）中提取的水溶性的细胞毒性生物碱。 cpt及其衍生物的作用于核酶拓扑异构酶i，它能阻止dna链再结合，切割单链dna重新连接，导致复制失败和最终导致细胞死亡。 cpt和cpt衍生物表现出很强的抗肿瘤活性，但其极端疏水性和内酯环的不稳定性限制了它的应用。zhang等（2004）合成了一种亲脂性的的cpt衍生工具，他把 10 -羟基喜树碱-10 ,20-二异丁基二碳酸酯（ hcpt- 1 ） ，组装成聚（己内酯-co -丙交酯的衍生物）（ pclla ）- peg - pclla的三嵌段共聚物的纳米粒子。 pclla -peg-pclla纳米粒子可以通过70-180 nm纳米沉淀而制备，并能够有效地引入羟基喜树碱-1 。在c57bl/6j小鼠静脉中注射hcpt- 1纳米配方比未包裹hcpt- 1相比，药物停留时间更长（zhang等，2004）。因此，以pclla-peg- pclla三嵌段共聚物为基础的生物可降解的纳米粒子药物像亲脂性羟基喜树碱-1这种药物载体一样有前景。在另一种方法中，min等人（2008）使用hgc纳米粒子包裹cpt，其装载效率约为80 。疏水壳聚糖复合物是通过化学作用把5- 半胆酸结合到亲水性乙二醇壳聚糖主链上。该复合物能够在水介质中自聚集，形成直径在280-330纳米，且能有效地包裹住疏水核心的纳米粒子。这些包裹了cpt（ hgc- cpt纳米颗粒）hgc纳米粒子在对抗裸鼠体内mda- mb231人类的乳腺癌移植瘤时显示了有效的抗癌性（民等，2008）。结合近红外（ nir ）荧光团cy5.5可以监测体内肿瘤靶向纳米粒子的特征。静脉注射cpt -hgc纳米粒子与不注射cpt相比，肿瘤和中纳米粒子会优先聚集，肿瘤生长大幅减少（民等，2008）。纳米颗粒系统的肿瘤靶向性增强可能是由于药物停留更长的时间，避开调理素作用或移除网状内皮组织系统（res），因而导致epr效应和抗癌活性增强。据报道，直径100到375纳米的脂质纳米颗粒，可以将其包裹上伊立替康类似物sn-38（williams等人，2003）。有趣的是，这个系统中的纳米颗粒制剂的疗效似乎是依赖于粒径大小。不同尺寸的纳米粒子结合sn-38注入到携带有 ht- 29人结肠胰腺移植瘤的ncr裸鼠。根据肿瘤消退的结果和小鼠生存情况来说，直径为375纳米的纳米颗粒效果最好（生存65天， 1.98毫克sn-38/小鼠 ），其次是无伊立替康（51天求生存，以9毫克伊立替康/小鼠），然后是直径为100纳米的纳米粒子（48天生存，1.51毫克sn-38 /小鼠）。把药物与纳米颗粒结合后，sn -38的血液半衰期似乎被大大延长，可能是因为内酯环稳定性增加，从而延长了循环中的药物的活性形式的持久性。2.6 绿茶有大量证据表明茶叶中活性成分儿茶素类对多种癌症有抗癌疗效。 “最近的一项我们与美国威斯康星大学合作的研究表明，把绿茶儿茶酸-3-没食子酸酯（egcg） ，即一种绿茶提取物，包裹到可生物降解的聚乳酸-聚乙二醇（pla-peg）纳米粒子中，可以增强肿瘤中egcg抑制特性（ siddiqui等人，2009）。体外实验中，pla- peg纳米颗粒包裹egcg与未包裹egcg相比，前者抑制了前列腺癌细胞增长，相对于pc3和其他前列腺癌的细胞来说，使ic50值降低了。包裹egcg纳米粒子和未包裹的纳米粒子相比，前者能更好地诱导肿瘤细胞凋亡和抑制血管生成（ siddiqui等人，2009）。更重要的是，纳米颗粒egcg强烈抑制裸鼠体内前列腺癌细胞的致瘤性，导致前列腺肿瘤生长缓慢。这些结果强调了包裹egcg的纳米粒子用于预防和治疗前列腺癌症的潜在能力。2.7 甲状腺激素甲状腺激素受体已经确定在整联蛋白v3 的质膜受体上（伯格等人，2005年）。甲状腺激素在该细胞表面进行信号转导，并与血管内皮细胞和血管平滑肌细胞上的受体反应。甲状腺激素还会在肿瘤细胞的增殖反应起到作用（davis等人，2006年，林等人，2007）。的脱氨基t4类似物， 四碘甲腺乙酸通过阻断甲状腺激素和甲状腺激素类似物与连整蛋白结合而作为甲状腺激素受体拮抗剂而起作用（伯格等人，2005）。四碘甲腺乙酸除了能抑制人类肿瘤细胞增殖，它也能抑制血管生成，即在缺少甲状腺激素的情况下，或者通过血管内皮生长因子（vegf）和碱性成纤维细胞生长因子（bfgf ）作用（穆萨等人，2008年rebbaa等人，2008） 。但四碘甲腺乙酸在细胞内有微弱的仿甲状腺活性（ moreno等人，2008年）。为了限制四碘甲腺乙酸接触到细胞表面的甲状腺激素受体，我们合成了纳米颗粒形式的plga-tetrac ，用来限制四碘甲腺乙酸进入细胞和细胞核。以此来避免仿甲状腺分子的不利影响。在一系列的各种小鼠肿瘤异种移植模型研究中，包括人类甲状腺滤泡中，plga-四碘甲腺乙酸纳米粒子与未包裹plga-四碘甲腺乙酸的粒子相比（亚尔钦等人， 2010年a） ，对于髓癌细胞（亚尔钦等， 2010b ） 和肾细胞癌（亚尔钦等， 2009 ）表现出更高的抗肿瘤生长活性。把荧光探针（cy-3）结合到plga-四碘甲腺乙酸纳米粒子中，我们可以进行活细胞成像和用共聚焦显微镜监测各种细胞流的纳米粒子吸收值。如图1中所示，用cy3标记-plga-四碘甲腺乙酸和cy3-plga （不含四碘甲腺乙酸 ）相比，前者显示出人体甲状腺滤泡状ftc- 236细胞的不同位置，原理是利用限制在细胞表面和细胞质中的四碘甲腺乙酸纳米粒子的形式并禁止它们进入细胞核。3. 癌症诊断因为纳米粒子独特的物理和化学性质，人们还研究了检测和监测癌症以及癌症治疗过程中作为合成支架使用的探针。使纳米粒子成为载药平台上优秀载体的共同特性，即可改变的表面性能，使得合成水溶性的可注射溶液和发展被动或主动的靶向系统，也使它们成为诊断成像平台的研究热点。使用不同的纳米技术为基础的成像方式在这一领域已经取得显著进展。3.1 量子点量子点是半导体纳米晶体。它们是最好的发光探针，在生物和医学领域有着巨大的发展潜力。小尺寸量子点（2-10 nm）的尺寸随光学性能改变而改变，卓越的耐光性和可修饰的表面使得量子点在光学成像上成为独一无二的探针（bruchez等人，1998;陈聂，1998年阿克曼等人，2002; jaiswal等人，2003 ; alivisatos ，2004年）。镉硒（cdse），碲化镉（cdte）的，磷化铟（inp ），和铟砷化是生物中最使用的量子点配方。量子点根据它们的尺寸可以再发射不同的特定波长（400至1350纳米）的吸收光。量子点面临的主要挑战是如何在水溶/生理的条件下形成稳定的分散制剂，因为荧光接触到水溶液后就会熄灭。问题的解决方法在于使用不同的涂层材料。事实上，一些可以增加荧光产率的量子点涂层材料已经被发现，同时这些材料也可增强量子点表面可调性而达到目标基团直接输送到目的位点。此外，表面涂层降低了有毒材料，如镉，硒，和as 释放的毒性作用。这些无机-有机复合纳米材料在体内已被证明能够起到有效作用，小尺寸的量子点可以畅通无阻得进入，结合靶向分子的量子点可以找到特定的“归位”肿瘤位点（ wu等人，2003; gao等，2004; bharali等人， 2005年; michalet等人，2005年）。与其他粒子一样，量子点可以通过各种用于靶向传输的表面分子而改变（ howarth等，2005）。量子点也有足够多的来结合化疗药物用于药物传递和体内成像以及组织工程。gao等人首次报道了量子点在活体动物体内用量子点来进行肿瘤的定位和活体动物成像技术（2004） 。皮下注射qd-结合前列腺癌细胞后，全身注射多功能量子点探针使癌细胞多彩荧光成像具有高灵敏性（ gao等人，2004）。一项由bagalkot等人做的研究中（ 2007年），qd - apatamer（apt）-链霉素（dox）相结合，可用于肿瘤靶向治疗、成像和传感。这种多功能纳米粒子系统使得目标载药和通过激活量子点和癌症组织同时成像成为可能。最近，我们使用简单的链霉亲和素生物素化学技术合成了抗前列腺特异性膜抗原（pmsa）抗体结合的聚乙二醇化的量子点（psma量子点）（ larocque等人，2009）。 人们首次使用标准的n-羟基琥珀酰亚胺结合化学，之后抗体被结合到表面氨化的量子点上的方法生产出抗psma的抗体。体外融合psma量子点与lncap前列腺癌细胞（psma-阳性细胞系）和为结合量子点相比，psma量子点吸收的时间增加。我们不能监测到pmsa量子点被apc3细胞、psma-阴性细胞系（图2）吸收。最近证实了把四碘甲腺乙酸化学结合到聚乙二醇化量子点上这个方法（四碘甲腺乙酸-peg-量子点）（bharali等，2009）。在把四碘甲腺乙酸结合到量子点上时没有量子点荧光损失。四碘甲腺乙酸 -peg-量子点被panc1胰腺癌细胞有效的吸收了（图3） 。重要的是用纳米配方结合的四碘甲腺乙酸保留了其抗增殖活动的能力。这些结果凸显了量子点特定位点药物传送和监测到不同癌细胞的巨大潜力。图1 人体滤泡甲状腺癌ftc 236 细胞(a) cy3-plga-腺乙酸纳米颗粒和(b) cy3-tetrac (不含腺乙酸)共焦显微镜成像使用近红外成像（700-1000 nm波长范围内）的量子点也有报道（frangioni ，2003 ;普山等人，2008 ; gao等人，2010）。nir量子点可以增加组织渗透的深度，这样就可以在体内更为准确和灵敏地检测光子。近红外量子点也要避免自体荧光这个问题，自体荧光与动物组织中天然存在化合物的光学成像有关。 这些量子点在体内成像方面有巨大的潜力，这种技术已经运用于动物模型中的淋巴管成像（parungo等人，2005年）。艾伦等（2010）最近一项研究说明了使用nir量子点包裹inas（ zncds ）核壳进行成像的可行性。用聚乙二醇修饰近红外量子点表面能够进行深度为200m的肿瘤血管成像，而可见光量子点与之相比，血管造影图像效果不佳（allen等，2010）。图 2 a表示lncap细胞中量子点和抗psma抗体结合的共聚焦显微成像 b 表示lncap细胞未结合量子点的共聚焦显微成像 c表示pc-3细胞（psma阴性细胞流）中结合抗pama的量子点的吸收图3 a表示pan1 细胞腺乙酸-聚乙二醇的吸收共聚焦显微成像 b表示pan1 细胞腺乙酸-聚乙二醇和用t4处理过的量子点连接总之，效果十分理想的纳米器件半导体量子点由于其独特的性能，这些性能包括高水平的发光稳定性，大小可变以及修饰物多样的性质（从可见的红外波长），能够协助进行多种诊断、治疗和作为靶向试剂。此外，近红外量子点可以最大限度地提高组织穿透力，这里能力在传统成像中被吸收和光散射所限制，近红外量子点在体内可更加准确和灵敏地检测光子。3.2 核磁共振成像3.2.1氧化铁纳米粒子从临床的角度来看，磁共振成像（mri）是疾病诊断和监视最强大的无创性成像工具之一。近年来，纳米粒子系统提高癌症成像和mri诊断效果明显（ sun等人，2008年b ; shubayev等。 ， 2009年veiseh等。2010）。在纳米医学中 ，磁性纳米粒子有希望对现存的临床诊断和治疗范例产生深远影响。在大多数情况下，用于生物医学的磁性纳米粒子包括的无机纳米粒子核和在水中有良好分散性的表面涂层，（ zhang等人，2002年; kohler等人， 2004 ;陈等人， 2008年何李，2008年） 。适宜的表面涂层也便于定位和实时监测。磁性纳米粒子在生物医学的成功应用，特别是作为mri造影剂，归因于它优异的增强质子释放能力（约瑟夫森等人， 1988） 。超磁性氧化铁（spio）纳米粒子被广泛应用于肠、（ lumerin ， gastromark ）脾或肝的成像中（ endorem ，菲立） （ wang等人， 2001年， sun等。2008b ）。 combidex 是一种超小型supermagnetic的氧化铁（ uspio ），它是这个级别纳米粒子的代表。combidex 在临床试验后期用来进行淋巴结转移试验（ harisinghani等人，1997; bonnemain，1998 ）。近年来，人们大力开发磁性纳米粒子用于靶向药物/化疗剂载药剂。人们采用的方法包括磁性药物靶向定位，以及靶向部分与纳米粒子的结合。这些类型的应用中使用最多的纳米粒子是氧化铁纳米粒子，这些颗粒在临床前试验中取得了一定的成功实例。然而，氧化铁纳米粒子到达作用位点的深度和准确性以及相对较低的效率限制了它们的发展。近来，合成以下一代的磁性纳米粒子为基础的mri抗药剂对改变成像范例起到明显的作用。新一代mri抗药剂包括各种成核材料，如氧化铁，材料的包被剂和结合靶向肿瘤细胞来提高疗效和肿瘤的定位功能。超顺磁性氧化铁纳米颗粒在临床上第一次是用在肝肿瘤成像上（默 tombach ，1998）。超顺磁性氧化铁纳米粒子可以被kupffer细胞吸收，kupffer细胞是肝脏软细胞组织中的肝巨噬细胞。由于大部分肝肿瘤缺乏巨噬细胞，携带有超顺磁性氧化铁的靶向巨噬细胞加剧了健康和病变组织之间的对抗。超顺磁性氧化铁纳米粒子对t2/t2 * -加权mri序列的负增强效应使病变组织与非增强的成像相比，更容易发现伤口，也更利于伤口的监测。微小到2-3毫米的肝肿瘤或转移病灶也能用这种技术检测到。 ferumoxides ，是由spio组成的，与t10 -葡聚糖交联，120-180 nm的纳米粒子。它是欧洲第一次使用这种类型的纳米粒子造影剂作为肝脏局灶性病变检测粒子。从那时起，各种不同的尺寸和不同的涂层的氧化铁纳米颗粒被人们开发出来，其中有许多应用到市场上（柯罗等人， 2006） 。对这些磁性纳米粒子的初步毒性研究表明，现在这些粒子还没有任何有害的毒性作用。超顺磁性纳米粒子还可以应用在对中枢神经系统（cns）肿瘤的诊断和治疗。超顺磁性纳米粒子在这类应用中是特别有吸引力的，因为它们可以作为血管内的造影剂和进行细胞成像。 ferumoxtran -10和其衍生ferumoxytol的超顺磁性纳米粒子是动物肿瘤模型中有效的mri造影剂（ varallyay等， 2002; neuwelt等人，2004 ;曼宁格等人，2005年）。超顺磁性纳米粒子常与靶向部分相连以提高诊断疗效。chlorotoxin是一种蝎子状leiurus quinquestriatus修饰小肽。它是活体组织的神经胶质瘤细胞中一个高特异性标记物（ soroceanu等人，1998），现已运用在动物模型中肿瘤靶向（lyons等人，2002年）。蒙等人（2007）试图增加chlorotoxin特异性，他们把chlorotoxin、荧光标记物、荧光素异硫氰酸酯（fitc）和超顺磁性氧化铁纳米粒子结合，使肿瘤能在mri和光学荧光中同时成像。神经胶质骨瘤细胞中fitc- chlorotoxin共轭的spio粒子（ spiofc ）的检测可通过mri和电感耦合等离子体发射光谱仪定量测量实现（ meng等人，2007）。spiofc光学成像可以用激光扫描共聚焦显微镜实现。超顺磁性氧化铁纳米粒子与chlorotoxin粒子结合后，吸收显著增加的现象表明spiofc可以有效而特异地调节胶质瘤细胞， 与正常神经细胞相比，chlorotoxin更倾向于运输功能性spios进入胶质瘤细胞。sun等人。（2008a ，b，c ）发现包被聚乙二醇（peg ）和共轭chlorotoxin （ np -peg- ctx）的纳米氧化铁在胶质瘤内外定位时具有更高的特异性，同时也可以作为mri增强造影剂（ sun等人，2008年c ） 。纳米粒子连接peg官能团使得各种诊断和治疗药物与之连接成为可能。该系统代表了可视化和靶向诊断和治疗的纳米平台的发展。np- peg -ctx肿瘤特异性是通过测量9 l胶质肉瘤细胞内吸收来确定的。细胞内有效性分析是通过mri分析长有9 l胶质肉瘤移植瘤无胸腺荷瘤小鼠而实现的。 r2释放速率是通过测定造影剂的增强度来确定的（ sun等人，2008年c ）。临床前和临床试验中用到的磁性纳米粒子都在表2中。表 2 癌症成像的磁性纳米颗粒配方3.2.2钆交联纳米粒子钆的配合物最常用作临床mri造影剂。钆复合物通过在复合物附近有选择地释放水分子而增加对比度。虽然这种方法已在mri中广泛使用，但它的灵敏度相对较低。mri领域中纳米技术的进步使得钆灵敏度低及其相关问题得到解决。在早期的研究， tokumitsu等（1999）证明gadopentetic酸（gd -dtpa）交联壳聚糖纳米粒子的钆中子俘获疗法（gd nct）是可行的。壳聚糖分子包裹gd的纳米粒子增加钆在体内肿瘤组织中的停留时间（ tokumitsu等人，1999）。在另一项研究中，用gd标记的离子-6聚酰胺-胺树枝状大分子（ g6 pamam ）用于mri 。这种mri和近红外探测器混合探针在检测乳腺癌中取得成功。（小山等人。淋巴引流， 2007）。xu等人。（2007）合成了交联gd（iii）-1b4m-dtpa的g2 pamam树形分子用于治疗体内卵巢癌。 “树枝状高分子在mri和光荧光中用绿色荧光标记。当这一纳米方法用于小鼠卵巢肿瘤异种移植物治疗，它能有效地定位到特异性肿瘤组织并提供足够多螯合的gd（ iii ）和荧光给肿瘤，使肿瘤在mri和荧光成像中产生明显的变化（xu等，2007） 。使用钆树状大分子为基础的大分子（gd-g8树状分子）作为断层扫描（ct）和磁共振成像造影剂来监测对流增强传递到大脑的可行性在体外和体内得到证实，并建立了最佳剂量（ regino等人，2008）。以gd为基础的体外ct衰减值剂（约6.0 hu /毫摩尔）是碘为基础的药剂的1.6倍，gd -g8树枝状高分子的衰减值可以与gd dtpa媲美。使用23-78毫米的gd- g8在ct和mri下观察增强性，但是用ct和mri划分注射部位的树枝状聚合物至少要有47毫米。在估计分布容积（vd）时mri比ct更敏感。浓度和有效地使用低的浓度的gd（ 小于10毫米gd）的t1映射量可以更好地测量药物浓度和分散性（ regino等， 2008年）。在另一种方法中， swanson等人。（2008）使用叶酸与第五代（g5）的聚酰胺（pamam）树枝状聚合物相连，以提高肿瘤过度表达的叶酸受体的选择性。这些叶酸的共轭树枝状聚合物也能与双官能螯合剂ncsdota共轭，然后用氯化钆处理，得到一个多功能纳米配方（gd（ iii ） dota- g5 -fa ） 。人类kb肿瘤细胞过度表达的叶酸受体通过皮下注射到nodc .b-17 scid小鼠来形成移植瘤。用特异性gd -dota- g5- fa （）与非特异性gd（ iii ） dota -g5的纳米粒子处理过的小鼠肿瘤细胞，磁共振成像有明显的增强（ regino等人， 2008） 。特异性抗体纳米粒子被注射48小时后仍然能观察到信号。叶酸与树枝状聚合物结合使纳米配方的肿瘤有了特异性，使得图像增强。在治疗恶性脑胶质瘤的主要问题是因血脑屏障造成的无效药物运输和药物在整个肿瘤组织中渗透不能成像。为了解决这些问题，沙林等。 （2009）发明了一种新的方法，即用不同尺寸的pamam树枝状高分子与钆-dtpa官能团表面结合。使用立体定向设备给小鼠右前左尾状核和后丘脑接种rg -2神经胶质瘤细胞。静脉注射钆和荧光结合的树枝状11.7至11.9 nm或更小的直径的大分子能有效穿过血脑屏障的毛孔并积累在原位恶性rg2胶质瘤中。直径更大的树状大分子无法穿越血脑障壁（沙林等， 2009）。在这项研究中，穿越血脑或者肿瘤障碍的纳米颗粒物理尺寸直径上限为11.7-11.9纳米或更小。这些树枝状大分子纳米配方也能延长血液的半衰期。同组更多结果表明，恶性脑瘤及周边肿瘤的血肿瘤屏障的管腔纤维糖复合物的生理状态是静脉注射的粒子的主要障碍，它与肿瘤部位无关。恶性的周边肿瘤微血管系统和直径小于12纳米的高分子的高渗透性有利于展现这些肿瘤btb中的糖复合物的孔。钱永健等人最近的一项研究的结果表明用cy5标记，gd或两者都标记，或与活化细胞穿透肽（acpps）结合的g5-聚酰胺-胺（pamam）树枝状聚合物（约5.4 nm直径）与未结合g5 -pamam相比，在肿瘤组织中的吸收量要强4-15倍。，研究人员把纳米颗粒和荧光探针相结合，能够检测到残留的肿瘤和小至200微米的移位变化。此外，一旦acpps被激活，gd标记的纳米颗粒能传递更高水平的gd到肿瘤软细胞组织，足够的可视化t1加权磁共振成像，具有更大的、更持久的释放率（olson等人， 2010）。因此，共轭树枝状高分子纳米配方产生了高标准摄取值（suvs），并可以连接多个gd螯合物重复物、荧光染料和其他载体用来进行双的acpp为基础的mri和成像。3.3正电子发射断层扫描正电子发射断层扫描（pet）因不入侵的特性和患者的适应性较高，而成为医疗成像使用最广泛的工具之一，它用于诊断和监测疾病，这些疾病包括各种癌症和心脏病。诊断放射性核苷酸标记的纳米颗粒载体系统可以进一步增加pet的灵敏度，特别是用纳米粒子对癌症进行主动或被动靶向检测。在早期的研究中，放射性标记的聚（isobutylcyanoacrylate ）和聚（isohexylcyanoacrylate ）纳米粒子连接了dtpa被用在癌症成像上（加内姆等。1993）。尽管有报道成像有高标示性（80 ）和良好的等离子稳定性，对兔和人显像还能对血液进行快速清理和高res吸收注射的纳米粒子（60-75）。同样，用99m鎝-葡聚糖络合物标记的聚（丁基-2 - 氰基丙烯酸酯）纳米颗粒生物分散性研究表明注射（约60 的注射剂量）2分钟内res积累量显著增加。在肿瘤血管生成的抗v3整合素抗体与脂质纳米粒子有选择性地结合，可传递放射性核素到肿瘤部位（li等人， 2002年古奇奥尼等，2004）。72 h后，抗素v3整合dtpa衍生物并用铟-111放射性标记的纳米粒子与未结合的纳米粒子的肿瘤相比，积累水平较高（3）。bartlett等。（2007）使用pet和生物荧光素测量生物分布和生物有效性以及靶向肿瘤的（si） rna纳米粒子的抑制作用。这些纳米粒子包括含环糊精的聚阳离子和sirna分子。把1 1,4,7,10 - 四氮杂环十二烷-1,4,7,10 - 四sirna分子结合到sirna分子5末端，使得64cu标记可以用于pet成像。铁传递蛋白也与sirna纳米粒子结合用于靶向给药。携带荧光素酶的表达neuro2a的皮下肿瘤的小鼠在注射前后可用光学成像和pet来分析以收集相关功能的生物分布数据。虽然非靶向和转针对性的sirna纳米粒子具有相似的生物分布模式和定位肿瘤的方式。注射药物一天后，转靶向sirna的纳米粒子与非靶向sirna的纳米粒子相比，可降低肿瘤的荧光素酶50活性，相（bartlett等，2007年）。这些结果强调了靶向和非靶向肿瘤细胞内外整体的相对分布的潜在差异。这些考虑在肿瘤成像和治疗应用中结合分子的设计是很重要的。这篇综述反复出现的主题是纳米粒子因它多功能性而在传递和显像探针方面有许多优势。不同类型的成像探针可以组合成一个整体，用来评估纳米粒子的肿瘤靶向疗效。cai等人。（2007）开发了用于pet和近红外荧光成像、药代动力学评估和肿瘤靶向疗效的多功能探头。 氨基量子点可用rgd肽进行修饰用于靶向运输。螯合剂1,4,7,10 - tetraazacyclodocecane-n，n，n，n-四乙酸（dota）与rgd肽结合，后用64cu 标记用于pet成像。这种纳米颗粒体内成像（ rgd肽共轭量子点）是在皮下u87mg胶质瘤动物模型（整合v3阳性）进行的。这个结果表明双探头纳米技术平台可用于体内有效、可靠的成像。另一项研究在长有neuro2a皮下肿瘤的小鼠通过pet评估环糊精复合、含有喜树碱（称为it -101 ）并用64cu放射性标记的纳米粒子的体内生物分布性。 it -101用 1,4,7,10 - 四氮杂环十二烷-1,4,7 - 三乙酸配体进行化学修饰使得64cu2 +能与纳米粒子连接。用这种纳米颗粒配方，使用pet成像可以知道各个器官的药代动力学和生物分布性以及肿瘤聚集度（ schluep等人，2009）。这种纳米粒子系统还代表了使用pet成像测量同时、非侵入性的和器官的药动学以及肿瘤分布情况。纳伦多夫等。 （2010 ）报道合成了癌症诊断和监控中多模态融合成像中有生物相容性的纳米粒子。葡聚糖包覆氧化铁纳米粒子（ clio -47 ）是结合18f同位素和远红光的荧光团而合成的。在长有皮下结肠癌ct26的balb/c小鼠中，根据探针浓度（ r2n0.99 ）和空间信号的分布（ r2n0.85 ）可知荧光介导断层成像（fmt ）和pet有很大相关性（纳伦多夫等，2010）。注射了荧光团衍生rgd肽的小鼠，用v3整合素（ integrisense ），蛋白酶传感器（宝升）和纳米状pet剂（ 64cu -clio - vt680 ）来做靶向标记。研究人员使用多通道fmt / pet -ct测量肿瘤蛋白酶、巨噬细胞含量及整合素表达和不同肿瘤探针的