iRGD肽介导的双模态成像载药脂质纳米粒在肝癌中成像和治疗的研究

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingyu0722
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第一部分iRGD肽介导载药相变脂质纳米颗粒的制备以及部分性能测试目的制备一种新型的分子探针,其是一种搭载有iRGD归巢穿膜肽的脂质体纳米颗粒(iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs),将ICG、10-HCPT、PFP包裹进去,检测其平均粒径、电位、包封率和载药量,在激光共聚焦显微镜下的形态,在透射电镜下的形态,以及体外相变,光声、超声成像的情况。方法我们采用我们采用薄膜水化法,二次超声声振乳化的方法进行分子探针iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs的制备,并使用激光粒度仪对制备的纳米颗粒的粒径、电位进行检测,同时采用共聚焦显微镜和透射电子显微镜检测其形态。通过高效液相法检测其包封率和载药量。在体外进行纳米颗粒的光声成像以及超声成像,同时用LIFU仪辐照,使之产生相变并观察。结果最终制备出了纳米颗粒iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs,其外观呈翠绿乳状,有流动性,在普通显微镜下观察,可见形态规则无团聚,大小偏小,平均粒径在298.4±10.42 nm左右,平均zeta电位为和-35.4±6.23m V,透射电镜下呈形状规则的球形,中间包裹致密的PFP。通过高效液相法制备出标准曲线,计算包封率为(45.53±2.31)%,载药量为(4.79±0.45)%。纳米颗粒能够在LIFU仪的激发下产生相变,并且能够实现增强超声显像,同时在ICG浓度变化下,产生光声信号,实现光声成像。结论我们成功地制备出了一种新型的超声分子影像纳米级分子探针iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs,其粒径小,位于纳米级别,同时形态规则,分散性较好,搭载有ICG作为光吸收子,10-HCPT作为化疗药物,能够实现超声以及光声双模态成像。第二部分iRGD肽介导载药相变脂质纳米颗粒对肝癌细胞的靶向性以及杀伤作用目的将制备的纳米颗粒iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs与肝癌细胞SK-Hep1进行共孵育,并根据不同分组,给予LIFU仪辐照,检测对肝癌细胞的杀伤作用,为之后的体内实验做铺垫。方法为了检测纳米颗粒对肝癌细胞的靶向性,将制备的纳米颗粒分为靶向组iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs和非靶向组ICG-10-HCPT-PFP-NPs,分别将2组纳米颗粒与肝癌细胞SK-Hep1共孵育,并且在激光共聚焦显微镜下观察2组纳米颗粒分别与细胞结合的情况,从而判断纳米颗粒对肝癌细胞的靶向性。同时也采用流式细胞仪,分别检测了靶向组和非靶向组的细胞内荧光含量,从而也判断纳米颗粒的靶向能力。为了检测纳米颗粒对肿瘤细胞的穿透作用,我们构建了3D多细胞肿瘤球,模拟体内细胞环境,并将2组纳米颗粒与之共孵育,在共聚焦显微镜下检测其对3D肿瘤球的穿透效果。为了检测纳米颗粒对肿瘤细胞的杀伤作用,我们采用AM/PI双染法,将细胞按不同处理因素分为6组:Control组,LIFU组,iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs组,ICG-10-HCPT-PFP-NPs组,ICG-10-HCPT-PFP-NPs+LIFU组,iRGD-ICG-PFP-10-HCPT-NP组+LIFU,最后在激光共聚焦显微镜下观察各组的荧光情况。为了检测纳米颗粒对肿瘤细胞的抗增殖能力,我们采用CCK-8法,将细胞按不同处理因素分为10组:1对照组,2无肽无药NPs组(ICG-PFP-NPs组),3无肽有药NPs组(ICG-10-HCPT-PFP-NPs),4有肽无药NPs组(iRGD-ICG-PFP-NPs组),5有肽有药NPs组(iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs组),6 LIFU组,7无肽无药NPs+LIFU组(ICG-PFP-NPs+LIFU组),8无肽有药NPs+LIFU组(ICG-10-HCPT-PFP+LIFU组),9有肽无药NPs+LIFU组(iRGD-ICG-PFP-NPs+LIFU组),10有肽有药NPs+LIFU组(iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs+LIFU组)。最后通过酶标仪检测每组的OD值,计算出抗增殖率。为了检测纳米颗粒对肿瘤细胞的促凋亡左右,我们采用流式细胞仪检测凋亡,采用同CCK-8实验的分组,最终检测出每组的凋亡率。结果在靶向性实验中,靶向组iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs散发出的红色荧光将细胞核散发出的蓝色荧光包围,提示其对肝癌细胞的靶向性,而非靶向组ICG-10-HCPT-PFP-NPs则仅仅看到细胞核散发出的蓝色荧光,未见明显的纳米颗粒散发出的红色荧光。在正常肝细胞组,也发现同样的结果。在流式细胞仪检测细胞内荧光强度的实验中,也发现了类似的情况,靶向组的细胞内荧光强度显著高于其他2组。通过将2组纳米颗粒与3D多细胞肿瘤球共孵育,iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs的穿透深度是ICG-10-HCPT-PFP-NPs的2倍。在AM/PI双染法中,iRGD-ICG-PFP-10-HCPT-NPs组+LIFU具有最多的红色荧光,提示对肿瘤细胞杀伤力最强。在CCK-8中,iRGD-ICG-PFP-10-HCPT-NPs组+LIFU的细胞存活率最低,差异具有统计学意义(P<0.01),在流式细胞仪检测凋亡实验中,iRGD-ICG-PFP-10-HCPT-NPs组+LIFU的促凋亡率最高。结论iRGD-ICG-PFP-10-HCPT-NPs对肿瘤细胞具有较强的靶向性,并且在iRGD肽的介导下,对肿瘤细胞具有较强的穿透作用,同时在LIFU仪的辐照下,能够对肿瘤细胞产生杀伤作用,有抗增殖和促凋亡的作用,为体内治疗打下了基础。第三部分iRGD肽介导载药相变脂质纳米颗粒在活体动物模型中的成像以及治疗作用目的将我们制备合成的纳米颗粒注射进入建立了皮下移植瘤的裸鼠体内,进行活体荧光成像,体内光声、超声成像,以评估纳米颗粒在体内疾病的诊断能力。同时辅以LIFU仪辐照,对荷瘤裸鼠进行治疗,并评估治疗效果以及体内安全性。方法首先使用肝癌细胞SK-Hep1构建裸鼠皮下移植瘤,建立活体肿瘤模型,将制备的纳米颗粒分为靶向组iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs和非靶向组ICG-10-HCPT-PFP-NPs,分别通过尾静脉注射进入荷瘤裸鼠体内。为了验证纳米颗粒在体内的靶向性,采用小动物活体荧光仪检测,在注射纳米颗粒前和注射后1h,3h,6h,24h采集裸鼠的活体荧光信号,并且在24h后,处死裸鼠,分离裸鼠的心肝脾肺肾以及皮下瘤,进行离体的荧光信号采集,最后分析各个时间点肿瘤区域的活体荧光信号强度。为了验证纳米颗粒在体内的光声成像性能和靶向性,也将纳米颗粒分为靶向组iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs和非靶向组ICG-10-HCPT-PFP-NPs,通过尾静脉注射进入裸鼠体内,用小动物光声成像仪分别采集注射纳米颗粒前和注射后1h,3h,6h,24肿瘤区域的光声信号,并分析光声信号强度。为了检测纳米颗粒在体内超声成像的性能以及对增强超声的显像效果的影响,仍然按照靶向组iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs和非靶向组ICG-10-HCPT-PFP-NPs分组,分别通过尾静脉注射进入裸鼠体内,并采集超声B-Mode和增强超声CEUS图像,1h后再采集图像,并给予LIFU仪(脉冲模式(2s on,2s off),功率为3w/cm2,焦距为1.5cm)辐照,并再次采集超声B-Mode和增强超声CEUS图像。为了验证纳米颗粒对荷瘤裸鼠的肿瘤治疗效果,按照处理方式不同,将裸鼠分为10组:1对照组,2无肽无药NPs组(ICG-PFP-NPs组),3无肽有药NPs组(ICG-10-HCPT-PFP-NPs),4有肽无药NPs组(iRGD-ICG-PFP-NPs组),5有肽有药NPs组(iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs组),6 LIFU组,7无肽无药NPs+LIFU组(ICG-PFP-NPs+LIFU组),8无肽有药NPs+LIFU组(ICG-10-HCPT-PFP+LIFU组),9有肽无药NPs+LIFU组(iRGD-ICG-PFP-NPs+LIFU组),10有肽有药NPs+LIFU组(iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs+LIFU组),分别通过尾静脉注射进入裸鼠体内,其中对照组及LIFU组仅给予PBS注射,在注射后1h,对LIFU处理组以脉冲模式(2s on,2s off),功率为3w/cm2,焦距为1.5cm的参数进行辐照,每日进行一次,共治疗10d,每日进行肿瘤部位图片拍照。治疗结束后,处死各组裸鼠,分离肿瘤,行病理组织切片,并进行H&E染色,PCNA免疫组化染色,TUNEL染色,以评估各组裸鼠在注射不同纳米颗粒后对实体肿瘤产生的治疗效果,抗增殖效果以及促凋亡效果。同时剥离各组裸鼠的心肝脾肺肾切片并行H&E染色以评估生物安全性。结果在小动物活体荧光成像实验中,注射靶向组纳米颗粒的裸鼠在1h时在肝脏出现了较强的荧光信号,并且在肝脏和皮下肿瘤之间的血管处,检测到少量的荧光信号,而在非靶向组,仅仅在肝脏出现荧光信号,其余部位未见明显的荧光信号。在注射后3h,在靶向组发现,肿瘤区域的荧光信号变得较强。而在非靶向组,仍然只有肝脏区域有荧光信号,肿瘤区域未见较明显的荧光信号。在注射后6h,靶向组肿瘤区域荧光信号持续增强。非靶向组仍只在肝脏区域可以观察到荧光信号。24h后,靶向组的肿瘤区域仍可见较强的荧光信号,非靶向组该区域未见荧光信号。24h后,将2组裸鼠处死后分离出内脏和瘤块,所检测到的荧光信号与活体情况下一致,即在靶向组,肿瘤的荧光信号较强,肝脏较弱,在非靶向组,肝脏的荧光信号较强,肿瘤无荧光信号。小动物光声成像实验中,我们也发现了类似的结果。在注射纳米颗粒之前,2组裸鼠的肿瘤区域均未探测到明显的光声信号。在注射后1h,给予iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs注射组开始出现少量的光声信号,而给予ICG-10-HCPT-PFP-NPs注射组未检测到明显光声信号。随着时间推移,在3h后,靶向组的光声信号逐渐增强,非靶向组仅在肿瘤区域边缘检测到少量光声信号。6h后,靶向组仍然保持较强的光声信号,非靶向组出现少量的光声信号。24h后,靶向组仍有部分光声信号,而非靶向组则仅能检测到极少量的光声信号。通过统计肿瘤区域各时间点的光声信号强弱加以证实。同时给予2组裸鼠进行超声检测,得出了如下结果。在注射纳米颗粒之前,2组裸鼠的肿瘤区域均未探测到明显的增强超声信号。在注射后1h,两组裸鼠的肿瘤区域仍未探测到明显的增强超声信号。在分别给予2组裸鼠LIFU辐照后,iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs注射组出现较多的增强超声信号,而在ICG-10-HCPT-PFP-NPs注射组,仍未探测到明显的增强超声信号。通过对荷瘤裸鼠进行治疗,发现iRGD-ICG-10-HCPT-PFP-NPs+LIFU组的整体抑瘤率最高,差异具有显著统计学意义(P<0.05),并且在H&E切片中可见较多核溶解和核碎裂,PCNA染色,抗增殖指数最高,TUNEL染色,凋亡指数最高,而对裸鼠的体重没有太大影响,内脏的H&E染色未见明显异常提示了较好的生物安全性。结论我们制备的iRGD-ICG-PFP-10-HCPT-NPs在体内对肝癌皮下移植瘤具有较强的靶向性,能够进行活体荧光的成像以及光声成像,同时在LIFU仪辐照下增强超声显像。并且对肿瘤具有较好的治疗作用以及良好的生物安全性,实现了诊疗一体化的需求。
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