劉慶祖，楊慧愷，劉建恒，毛克亞

解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心，北京 100853 1骨科；2麻醉科

目前臨床上腫瘤的治療方式主要為手術、放療、化療三種[1-2]。手術治療通常不能徹底切除腫瘤。化療藥物系統(tǒng)使用在作用部位有效濃度較低，因此需要大劑量用藥，對肝腎造成不同程度的損害[3-5]。提高化療藥物的靶向性，增加其在腫瘤部位蓄積，是提高抗腫瘤藥物藥效和減輕不良反應的核心[6]。近年來，納米技術發(fā)展迅速，磁性納米顆粒由于其獨特的性質，已廣泛應用于生物醫(yī)學與臨床研究，包括磁靶向給藥、腫瘤的磁過熱療法以及腫瘤的免疫治療等方面[7-10]。本文針對磁性納米顆粒表征以及其在腫瘤靶向治療方面的研究進展進行綜述并對其應用前景作出展望。

1 磁性納米顆粒的表征和修飾

納米顆粒尺寸極其微小，具有獨特的特點。超順磁性鐵氧納米顆粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticles，SPIONs)是特殊的納米材料，粒徑為1～100 nm[11]。由于其磁響應性高、比表面積大、生物相容性好、毒性低而廣泛應用于生物醫(yī)學和臨床研究。但其在液態(tài)環(huán)境容易聚合納米團塊導致其分散性與生物相容性變差[12]。SPIONs表面帶正電荷，易吸附機體內(nèi)蛋白，易被單核吞噬細胞系統(tǒng) (mononeuclear phagocyte system，MPS)所吞噬[13]。為了使納米顆粒在機體內(nèi)穩(wěn)定存在，增長其有效循環(huán)時間，研究人員對磁性納米顆粒進行了表面修飾，將納米顆粒設計成不同的殼核結構(圖1)，即以SPIONs為核心，在納米顆粒周圍包裹聚合物[14]。

圖1 磁性納米顆粒的表面修飾Fig. 1 Surface modif i cation of magnetic nanoparticles

理想的修飾材料(如聚乙二醇)為兩親性分子，疏水端對顆粒有較高的親和力，親水端可以提升磁性納米顆粒在液態(tài)環(huán)境下的分散性以及水溶性，并降低顆粒的毒性進而提高生物相容性。目前用于修飾磁性納米材料主要有兩類：天然生物大分子與合成高分子[15-16]。天然生物大分子包括葡聚糖、殼聚糖、瓊脂糖等；合成高分子包括聚乙二醇、聚乙烯醇等。對納米顆粒進行表面修飾，可以改變顆粒的粒徑、形態(tài)，相應地可改善顆粒細胞毒性、生物相容性。修飾材料所攜帶的羥基可以與抗體、凝集素、葉酸、蛋白多肽、激素、核苷酸、生物素等特異性結合，在外加磁場的作用下實現(xiàn)藥物的靶向運輸，減少了藥物的不良反應[17-24]。

2 磁性納米顆粒應用于腫瘤靶向化療研究

傳統(tǒng)的化療藥物采用靜脈給藥方式通過血液循環(huán)最終作用于全身各個臟器，由于缺乏對腫瘤部位的特異性，往往需要較大的劑量才能有效殺滅腫瘤。所以，化療藥物在殺滅腫瘤的同時，對人體組織也造成巨大傷害[25]。近年來，科研人員致力于研發(fā)可以將藥物靶向送至作用部位的介質，提高化療藥物在腫瘤部位的分布。隨著納米技術在生物醫(yī)學的應用，科研人員構建了磁性納米顆粒載藥系統(tǒng)，將化療藥物偶連在經(jīng)過表面修飾的納米顆粒表面或者內(nèi)部[26-27]。通過外加交變磁場，增強的藥物的滲透性和滯留效應(enhanced permeability and retention effect，EPR)允許更多藥物在腫瘤處蓄積[28]。目前納米顆粒搭載化療藥物研究較多的是阿霉素、順鉑、紫杉醇和喜樹堿等。常娟娟等[29]分別使用殼聚糖、聚乙二醇對磁性納米顆粒(粒徑為10±0.2 nm的Fe3O4)進行修飾改性并作為藥物載體，成功搭載阿霉素，測得藥物釋放性能良好，并測得載藥系統(tǒng)可明顯抑制K150癌細胞的增殖。Cheng等[30]報道了使用明膠包裹Fe3O4納米粒子，搭載低毒的鉑Ⅳ(platinum，PtⅣ)前體藥物，并通過在細胞環(huán)境內(nèi)釋放鉑Ⅱ(platinum，PtⅡ)整合胰酶降解明膠進一步提高抗癌效果。Tian等[31]報道了使用聚乙二醇-賴氨酸-油 酸 (polyethylene glycol-lysine-Oleic acid，PLO，mPEG-Lys-OA2)包裹磁性納米顆粒，搭載紫杉醇構建紫杉醇-磁性納米顆粒-聚乙二醇-賴氨酸-油酸(paclitaxel-magnetic nanoparticals-polyethylene glycol-lysine-Oleic acid，PTX-MNPs-PLO)系 統(tǒng)，研究去體內(nèi)分布以及藥物動力學顯示PTX-MNPs-PLO系統(tǒng)比單純的紫杉醇的循環(huán)時間更長，表明了磁性納米顆粒靶向給藥的應用前景。喜樹堿具有廣譜的抗腫瘤活性，但是其水溶性以及化學穩(wěn)定性較差。Allam等[32]報道了使用二棕櫚酰磷脂酰膽堿和1,2-棕櫚酰磷脂酰甘油修飾超順磁性Fe3O4納米并搭載喜樹堿構建了磁性納米顆粒載藥系統(tǒng)。在42℃(臨床熱療所要求的溫度)下藥物釋放的速度明顯加快。表明包裹了熱敏性磷脂的SPIONs能夠負載高度親脂性和化學不穩(wěn)定的化療藥物。

3 磁性納米顆粒用于腫瘤熱療研究

腫瘤組織的血管神經(jīng)發(fā)育不良，因此供氧不足，導致散熱功能較差，對41℃～ 45℃的溫度較為敏感，而正常細胞可以耐受更高的溫度。因此可通過加熱對腫瘤細胞造成不可逆損傷，從而達到消滅腫瘤的目的[33]。現(xiàn)代的熱療多用微波、超聲對腫瘤病灶進行局部熱療，但是由于靶向性不足，破壞腫瘤組織的同時，也導致正常組織受到損傷。與正常血管系統(tǒng)相比，腫瘤血管壁間隙較寬、結構完整性差，淋巴回流缺失，造成大分子類物質和脂質顆粒具有選擇性、高通透性和滯留性，這種效應使納米粒子更容易穿過滲漏和高通透性的毛細血管，通過網(wǎng)狀血管內(nèi)皮系統(tǒng)轉運至腫瘤細胞內(nèi)部，達到增強熱消融療效或介導熱療的目的，同時納米粒子可將藥物在細胞或亞細胞水平釋放，進而增強藥物療效并降低毒性[34]。1957年Glichrist等[35]首先提出磁熱療的概念。使得更多科研人員的目光轉向磁熱療方向，促進磁性納米顆粒在熱療方面的迅速發(fā)展。磁熱療通過將磁性納米材料植入腫瘤組織中并通過外界交變磁場的作用實現(xiàn)腫瘤組織局部的溫度升高，可用于深部腫瘤的治療[36]。Avazzadeh等[37]研發(fā)了偶聯(lián)HER2抗體的磁性右旋糖酐-精胺納米顆粒(ADMNPs)用于對乳腺癌細胞的體外實驗，在交變磁場(alternating magnetic field，AMF)下，對乳腺癌細胞(SKBR3)和成纖維細胞進行熱療，具有良好靶向能力和升溫能力的ADMNPs組可殺死65%的癌細胞，且未對正常成纖維細胞造成影響。表明ADMNPs在體外熱療治療乳腺癌具有巨大的潛力。Babincová等[38]將磁熱療和化療藥物靶向遞送結合治療膠質瘤，使用溫敏磁性脂質體包裹超順磁性氧化鐵納米顆粒和阿霉素系統(tǒng)，在AMF下對大鼠C6神經(jīng)膠質瘤進行體外和體內(nèi)試驗。研究結果表明，磁性靶向藥物具有較強的抗膠質瘤效應，腫瘤生長受到抑制并完全消退，表明這種靶向遞送和控制釋放抗癌藥以及磁熱療結合的方式具有較大的臨床應用潛力。He等[39]已經(jīng)合成了粒徑為22 nm的Zn0.3Fe2.7O4納米顆粒，該納米顆粒在AMF下3 min可升溫至43℃，將該粒子與骨肉瘤細胞暴露于交流電場(AC Field)10 min，早期導致了79.35%的腫瘤細胞凋亡，晚期導致了9.83%的腫瘤細胞凋亡，表現(xiàn)出了對腫瘤細胞的殺傷作用，該納米粒子的出現(xiàn)極大程度地促進了磁熱療的發(fā)展。Fe3O4-MNP是被美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)批準應用于臨床的磁性納米材料。Johannsen等[40]對10例前列腺癌復發(fā)且沒有發(fā)生轉移患者的前列腺注射磁性納米顆粒分散體，在AMF下每周治療6次，每次治療60 min，治療1年后，在患者前列腺中檢測到納米顆粒的沉積物，且8例患者的前列腺特異性抗原下降。

4 磁性納米顆粒用于腫瘤免疫研究

腫瘤患者大部分免疫功能較差，機體相對處于免疫功能抑制狀態(tài)。相關研究表明，對腫瘤部位進行熱療，可引起抗腫瘤免疫反應，對腫瘤的原發(fā)部位進行磁熱療的時，發(fā)生轉移的腫瘤也會消失，這種現(xiàn)象被稱為熱療的異位效應[41]。對腫瘤進行局部熱療時熱應激的癌細胞會釋放熱休克蛋白(heat-shock proteins，HSP)，HSP在細胞內(nèi)攜帶多種多肽物質形成HSP-抗原肽復合物，激活抗原呈遞細胞(antigen-present cells，APC)，被細胞毒性T細胞識別，并產(chǎn)生特異性免疫。因此熱療可啟動并促進T細胞免疫反應，熱療所引起的抗腫瘤免疫反應通常認為是細胞免疫起主要作用。咪喹莫特(imiquimod，R837)是一種強效的Toll樣受體7激動劑，可以有效地激活免疫反應。研究人員使用磁性納米顆粒搭載咪喹莫特的系統(tǒng)(MNP-R837)來增強抗腫瘤免疫反應[42]。Bocanegra Gondan等[10]使用粒徑為5 nm的mZnSPION構建了mZnSPIONPolyIC-R837系統(tǒng)，聯(lián)合PD-L1免疫阻斷法對黑色素瘤(B16-F10)進行免疫治療，研究顯示，與游離TLR激動劑相比，mZnSPION-polyIC-R837復合物刺激BMDCs后，其釋放的促炎性細胞因子IL-6和IL-12顯著增加(mZnSPION-polyIC-R837 IL-6，6 ng/ml，IL-12，130 ng/ml；polyIC-R837組IL-6，3 ng/ml，IL-12，60 ng/ml)，表明可以使用低劑量獲得較強抗腫瘤免疫應答與游離藥物相比，通過納米顆粒靶向給予Toll樣受體激動劑可增強抗腫瘤免疫。

5 結語

磁性納米顆粒在生物醫(yī)學研究中快速發(fā)展，但重點問題仍需要解決：1)提高納米顆粒作為藥物載體的性能，即提高磁性納米顆粒載藥制備過程中藥物的載藥率、包封率；2)提高磁性納米顆粒在體內(nèi)的飽和磁化強度、穩(wěn)定性及磁靶向性。當前已可合成粒徑合適、生物相容性良好、毒性低的納米顆粒，用于靶向遞送化療藥物、磁熱療和腫瘤免疫，在腫瘤治療方面表現(xiàn)出了巨大的應用潛力。雖然在短期內(nèi)難以像手術、放化療一樣成為治療腫瘤常規(guī)手段，但相信通過科研人員的深入研究，未來磁性納米顆粒會造福腫瘤患者。