超聲可視化可注射的熱響應(yīng)收縮性羥丙基甲基纖維素-Fe3O4磁高療治療腫瘤的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、第一部分材料的制備及其體外加熱性能的研究
　　目的：制備可注射的載Fe3O4的熱響應(yīng)型羥丙基甲基纖維素（HPMC）原位植入物 HPMC/Fe3O4，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討 Fe3O4的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)及HPMC/Fe3O4在交變磁場(chǎng)中的體外加熱性能。
　　方法：制備Fe3O4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%、60%、70%、80%、90%的HPMC/Fe3O4。分別取不同濃度的HPMC/Fe3O4磁性材料0.05 ml注入裝有PBS的10 ml EP管中

2、，再將該EP管置于交變磁場(chǎng)中（頻率628 MHz,電流28.5 A，磁場(chǎng)強(qiáng)度259 A/m,線圈直徑3cm，線圈厚徑0.5 cm）加熱3 min，用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀檢測(cè)磁性材料的表面溫度，每隔20 s采集一次。分析EP管的表面溫度，繪制 Fe3O4不同含量隨加熱時(shí)間變化趨勢(shì)圖。將制備的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 HPMC/Fe3O4裝入1 ml的注射器中，用相同的力將其注射出，觀察磁性材料的注射情況。綜合分析認(rèn)為Fe3O4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí)(Fe3O4

3、、HPMC和PVA的質(zhì)量比為6:3:1)其加熱性能和注射性能為最優(yōu)。將HPMC/60%Fe3O4與37°C PBS共孵育25 h,肉眼觀察材料的分散情況。
　　結(jié)果： HPMC/Fe3O4體外加熱能力隨著Fe3O4含量和加熱時(shí)間不同而有所不同，從升溫速度、注射性和安全性等方面綜合考慮，最終選Fe3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí) HPMC/Fe3O4既有較高的加熱效率又有較好的注射性。HPMC/Fe3O4是一個(gè)疏松多空的結(jié)構(gòu)，其基本元素為

4、安全性較高的碳、氫、氧和鐵。HPMC/Fe3O4有較好的抗?jié)⑸⑿阅堋?br>　　結(jié)論： HPMC/Fe3O4是一種成分簡(jiǎn)單安全、易制備的多空材料，其在交變磁場(chǎng)中有較高的產(chǎn)熱效率。HPMC的粘結(jié)特性對(duì) Fe3O4有較好的限定能力，可以防止HPMC或Fe3O4粒子滲漏到周圍正常組織。
　　第二部分 HPMC/Fe3O4熱響應(yīng)收縮性和生物安全性的研究
　　目的：制備Fe3O4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的HPMC/Fe3O4，探討其在交變磁場(chǎng)

5、中的熱響應(yīng)收縮的性能和在體內(nèi)體外的生物安全性。
　　方法：制備HPMC/60%Fe3O4，將其放入凝膠模塊中，肉眼觀察材料的收縮距離并繪制其體積變化曲線圖。分別將材料注入離體牛肝和乳腺癌腫瘤內(nèi)，置于交變磁場(chǎng)中加熱2 min，用超聲和小動(dòng)物CT觀察加熱前后材料變化。細(xì)胞共孵育法、MTT法、FMC（流式細(xì)胞術(shù)）、H&E染色法以及血清學(xué)指標(biāo)檢測(cè)材料的細(xì)胞毒性。
　　結(jié)果：超聲、CT圖像顯示新鮮離體牛肝和腫瘤內(nèi)的HPMC/Fe3O4

6、注射物加熱后體積比加熱前的體積明顯縮小。從CT圖像上可以看到材料的“尾巴”（由注射技巧、材料的特性及瘤內(nèi)壓力等各種原因引起）變小或消失了。體外實(shí)驗(yàn)測(cè)得材料收縮程度與加熱時(shí)間相關(guān)。正常的血管內(nèi)皮細(xì)胞與HPMC/Fe3O4材料共孵育后，一部分Fe3O4在細(xì)胞膜內(nèi)堆積，一部分納米粒被細(xì)胞吞噬，但并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)死亡細(xì)胞。MTT法結(jié)果顯示細(xì)胞的存活率隨著HPMC/Fe3O4的濃度的增加而有所降低，60%Fe3O4組的細(xì)胞存活率為91.6±2.7%。從

7、流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果和血清學(xué)指標(biāo)柱狀圖表中我們可以看到實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的相比無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。用HPMC/Fe3O4磁消融裸鼠乳腺癌移植瘤一周后，在小鼠的心肝脾肺腎（H&E染色）等重要臟器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有納米粒存在。
　　結(jié)論： HPMC/Fe3O4有較高的生物安全性并且在交變磁場(chǎng)下具有熱響應(yīng)性收縮的能力，這種收縮特性可以避免材料因注射等原因而產(chǎn)生的“尾巴”在磁消融過(guò)程中損傷周圍正常組織，從而大大的提升磁性材料的安全性。磁性材料 HPMC/Fe3O

8、4成分簡(jiǎn)單并且安全，其較高的生物安全性有助于磁高熱技術(shù)進(jìn)一步向臨床轉(zhuǎn)化，而熱響應(yīng)性也將是生物材料領(lǐng)域的一種新概念。
　　第三部分超聲可視化注射性HPMC/Fe3O4磁高熱治療裸鼠乳腺癌的研究
　　目的：探究不同劑量的可注射性HPMC/Fe3O4在高頻交變磁場(chǎng)中對(duì)離體牛肝組織和裸鼠移植瘤的消融效果。
　　方法：將不同劑量（0.02 ml、0.04 ml、0.06 ml、0.08 ml、0.1 ml）的HPMC/60%Fe

9、3O4分別在超聲引導(dǎo)下注入新鮮離體牛肝內(nèi)，在交變磁場(chǎng)中加熱1 min、2 min、3 min、4 min、5 min后沿著牛肝的縱軸切開消融后的牛肝組織，用直尺測(cè)量 HPMC/Fe3O4植入物的最外緣到消融范圍的最外緣之間的距離（消融距離）。繪制劑量隨加熱時(shí)間變化以及消融距離隨時(shí)間變化的曲線圖。
　　建立裸鼠MB-231人乳腺癌腫瘤模型，分為三組，每組5只：不做任何處理組，瘤內(nèi)注射 HPMC/Fe3O4組和瘤內(nèi)注射 HPMC/Fe

10、3O4并在交變磁場(chǎng)中加熱組。在超聲引導(dǎo)下瘤內(nèi)注射 HPMC/Fe3O4，磁加熱過(guò)程用遠(yuǎn)紅外儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤的表面溫度，每隔10 s記錄一次。超聲儀監(jiān)測(cè)材料和移植瘤在磁高熱前后的變化情況。每天肉眼觀察三組瘤鼠腫瘤的變化情況并拍照留圖，游標(biāo)卡尺測(cè)量腫瘤體積變化。磁消融完成后，每組取2只裸鼠處死后腫瘤組織做H&E染色以觀察其病理改變。15天后，兩個(gè)對(duì)照組的裸鼠處以安樂(lè)死，實(shí)驗(yàn)組裸鼠繼續(xù)喂養(yǎng)用于觀察腫瘤治療及裸鼠的健康狀況。
　　結(jié)果：牛肝

11、的溫度和消融范圍隨著加熱時(shí)間的增加而增加。超聲圖像顯示腫瘤在磁加熱后回聲增高；HPMC/Fe3O4呈高回聲并且在加熱后體積縮??；消融后第14天高回聲的植入物和腫瘤都已經(jīng)消失，并且可以看到腫瘤治愈后留下的局部皮膚小凹陷。肉眼觀察及體積測(cè)量結(jié)果顯示磁高熱對(duì)裸鼠移植瘤有明顯的治療效果，從H&E組織圖像可以磁高熱消融后的腫瘤細(xì)胞發(fā)生了明顯的凝固性壞死，細(xì)胞形態(tài)已經(jīng)不存在了。
　　結(jié)論：超聲可視化可注射性HPMC/Fe3O4外加交變磁場(chǎng)消融