中国医学科学院学报ACT A ACADE M I A E MED I C I N AE SI N I CAE124 Ap ril,2009・论 著・靶向磁性纳米粒子用于肿瘤的磁共振分子成像陆菁菁1,王 芳1,金征宇1,钟定荣2中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 1放射科 2病理科,北京100730通信作者:金征宇 电话:010*********,电子邮件:jin_zhengyu@1631com 摘要:目的 探讨靶向磁性纳米粒子用于肿瘤磁共振分子成像的可行性。
方法 将靶向部分重组人促性腺激素释放激素类似物与成像部分超顺磁性氧化铁纳米颗粒连接形成靶向探针,无靶向物质的成像部分作为对照材料。
利用体外细胞实验和荷瘤裸鼠体内实验探索探针的靶向结合作用。
体外细胞实验采用靶向探针和敏感肿瘤细胞株A549共同孵育,非靶向材料和同种细胞孵育作为对照,细胞洗脱后裂解,磁共振成像测量细胞裂解液的T2值。
体内实验将靶向探针和非靶向材料分别注入实验组和对照组荷瘤裸鼠体内,磁共振成像动态检测肿瘤局部组织的信号和T2值变化。
结果 体外细胞实验和肿瘤体内实验均证实靶向探针与非靶向颗粒溶液相比,与体外细胞和体内肿瘤组织有更强的结合能力。
结论 肿瘤磁共振分子成像可使用靶向磁性纳米粒子作为探针,实现肿瘤的靶向成像,具有良好的发展前景。
关键词:磁性纳米颗粒;分子影像学;肿瘤;磁共振成像中图分类号:R44512 文献标识码:A 文章编号:10002503X (2009)022*******DO I:1013881/j 1issn 110002503X 120091021002Targeted M agnetic Nanoparticles Used a s Probe for M agneticResonance M olecular Imag i n g of Tum orLU J ing 2jing 1,WANG Fang 1,J IN Zheng 2yu 1,ZHONG D ing 2rong21Depart m ent of Radiology,2Depart m ent of Pathol ogy,PUMC Hosp ital,CAMS and PUMC,Beijing 100730,ChinaCorres ponding author:J I N Zheng 2yu Tel:010*********,E 2mail:jin_zhengyu@1631comABSTRACT:O bjective To investigate the feasibility of in vivo tumor detection using magnetic reso 2nance (MR )molecular i maging with targeted magnetic nanoparticles as i m aging p robe 1M ethods Targeted p robe was synthesized by covalently linking the recombinant human gonadotrop in releasing hor mone analog (the targeting portion )with the ultras mall superparamagnetic iron oxide nanoparticles (the i maging portion )1The i maging portion served as the control material 1The in vitro tumor cell experi ment and the in vivo experi m ent u 2sing nude m ice bearing tumors were carried out to test the targeting ability of the p robe 1In the in vitro experi 2ment,the targeting p robe and control materials were incubated separately with A549cells which had high affinity to gonadotrop in releasing hor mone 1Then the cells were taken out and lysed 1The resultant s olution was then sub 2jected to MR i maging 1The T2value of the s olutions was measured and compared 1In the in vivo experi ment,the targeting p robe was adm inistered into nude m ice bearing A549tumors 1Dynam ic MR i m aging was carried out to measure the signal and T2value of the tumor 1The control material was also adm inistered into control group of nude m ice,and dynam ic magnetic res onance i maging was perfor med 1The T2value of the tumor in both group s were recorded and compared 1Results Both the in vitro and in vivo experi ments p roved the targeting ability of 基金项目:国家自然科学基金(30600578)和北京市科技新星计划(2007A102)Supported by the National N atural Sciences Foundation of China (30600578)and the B eijing Nova Program (2007A102)靶向磁性纳米粒子用于肿瘤的磁共振分子成像Vol 131No 12 125 targeted p robe 1Compared with control material,the targeting p robe had higher combining ability with tumor cells 1Conclusion MR molecular i maging of tumor can be realized by using targeting magnetic nanoparticles 1Key words:magnetic nanoparticles;molecular i m aging;cancer;magnetic resonance i m agingActa Acad M ed S in ,2009,31(2):124-128 分子影像学是近年医学影像学研究的热点,其主旨是“在活体状态下,用影像学方法在细胞和分子水平对生物过程进行定性和定量研究”[1]。
肿瘤的早期、活体、靶向检测是分子影像学的重要研究内容,同位素标记显像、光学成像在肿瘤活体成像方面开展比较深入,而利用磁共振成像和相应探针进行肿瘤早期靶向检测刚刚起步[223]。
本研究拟利用磁共振成像配合使用靶向磁性纳米粒子作为探针,尝试肿瘤的分子成像,并探讨其应用潜能和发展方向。
材料和方法靶向磁性纳米粒子的合成 靶向探针由靶向部分和成像部分连接而成。
靶向部分采用重组人促性腺激素释放激素融合蛋白2绿脓杆菌外毒素40(re 2combinant human gonadotrop in releasing hor mone 2Pseudo 2m onas exotoxin 40,GnRH 2PE40),由改构的促性腺激素释放激素(gonadotrop in releasing hor mone,GnRH )和绿脓杆菌外毒素(Pseudo m onas exotoxin,PE )片段构成的一种融合蛋白,即用GnRH 替换天然PE 毒素的细胞识别片断的融合蛋白。
GnRH 2PE40由北京诺思兰德生物技术公司提供(国家知识产权发明专利号:Z L 0313758711),其由370个氨基酸残基组成,相对分子质量为46000。
生物体内GnRH 2PE 能特异性杀灭表达GnRH 受体的肿瘤细胞,而不伤及正常细胞,对肺腺癌A549细胞(中国医学科学院基础医学研究所细胞中心提供)的半数抑制浓度(half maxi mal inhibi 2tory concentration,I C50)为01033μg/m l 。
成像部分是具有生物相容性的超顺磁性氧化铁纳米颗粒,内核为Fe 3O 4纳米晶体,外面包被聚乙二醇,核心直径10nm,水合直径20nm [324]。
将靶向部分通过耦合反应与成像部分共价连接[3],形成耦合物探针,并将浓度标定至2mgFe /m l 、01286mg 融合蛋白/m l 。
非靶向磁性纳米粒子溶液是相同尺寸和表面的超顺磁性氧化铁纳米颗粒胶体溶液(2175mgFe /m l ),表面无修饰。
体外细胞实验 人肺腺癌细胞株A549用含有10%小牛血清的1640培养基在37℃、5%CO 2条件下培养。
细胞生长至对数生长期,用0125%胰蛋白酶消化,PBS 制成细胞悬液,调整细胞密度至2×107/m l 。
将细胞分为3组,第1组用10%小牛血清封闭过的A549细胞(2×107)与耦合物(20μl )370C 条件下在5m l PBS 液中共同孵育1h;将游离的结合物彻底洗脱后,用200μl 1%S DS 液裂解肿瘤细胞,该裂解液进行磁共振成像;第2组用氧化铁纳米颗粒溶液(219mgFe /m l )代替第1组的耦合物,其余操作同第1组;第3组用A549细胞(2×107)直接裂解,进行磁共振成像。
动物体内实验 在裸鼠〔中国医学科学院动物中心提供,12只,雌雄不限,体重(20±2)g 〕皮下接种A549细胞,待肿瘤长到直径1cm 时,进行成像实验。
共接种成功10只裸鼠,分为2组,第1组裸鼠(n =5)尾静脉注射靶向纳米颗粒溶液200μl,为实验组;第2组裸鼠(n =5)接受尾静脉注射非靶向纳米颗粒溶液160μl,为对照组。