液气相变纳米超声造影剂分子显像与物理杀灭癌细胞

Ultrasound molecular imaging is an important branch of molecular imaging. With the rapid development of ultrasound molecular imaging in recent years, it has shown its unique advantages, but there are still some problems, for example, commonly used micron-size ultrasound contrast agent can not pass through the vascular endothelial gap to reach the tumor cells, and they are not stable. Based on preliminary research on a novel liquid-gas phase transitional nanospheres, this project intends to prepare a stable and tumor cell targeting nanospheres which are composed of liquid perfluorocarbon. The small size of these nanospheres permits them to pass through the tumor vascular endothelial cell gap and concentrated at the tumor site. The liquid-gas phase transitional ability under the intervention of low-intensity focused ultrasound will be studied. The mechanisms and ability of their enhancing ultrasound molecular imaging will be explored. At the same time, the effects of liquid-gas phase transition on tumor cells will also be studied to explore the possibility and related mechanisms of killing tumor cells through a novel method of "expansion" or "explosion". We aim to develop a novel, efficient method for the tumor diagnosis and physical treatment method with little side effects, and to provide a novel probe for ultrasound molecular imaging.

超声分子影像是分子影像学的一个重要分支，在近几年得以兴起和快速发展，已显示出其独特的优势，但也存在一些问题，例如，常用的微米级超声分子探针粒径大不能穿过血管内皮间隙到达肿瘤细胞、不稳定。针对超声分子影像研究中存在的问题，在前期预实验初步验证的一种新型液气相变型纳米粒的基础上，本课题拟研究制备一种稳定的、靶向肿瘤细胞的液态氟碳纳米粒，这种纳米粒能够穿过肿瘤血管内皮细胞间隙并在肿瘤部位靶向聚集，通过低强度聚焦超声的干预，实现液态氟碳纳米粒的液气相转变，研究其增强超声分子显像的机制；同时，我们将研究纳米粒在肿瘤细胞内部发生液气相变后对肿瘤细胞的影响，探索一种以“膨胀”或“爆炸”方式杀灭肿瘤细胞的治疗方式及相关机制；以期建立一种新型的、高效的、副作用小的肿瘤分子显像诊断与物理治疗模式，并为超声分子影像研究提供一种新型的超声分子探针。

超声分子影像是分子影像学的一个重要分支，在近几年得以兴起和快速发展，已显示出其独特的优势，但也存在一些问题，例如，常用的微米级超声分子探针粒径大不能穿过血管内皮间隙到达肿瘤细胞、不稳定。针对超声分子影像研究中存在的问题，本项目设计制备了一种稳定的、具有液气相转变能力的液态氟碳纳米粒作为靶向肿瘤细胞的超声分子探针。这种新型的分子探针能够穿过肿瘤血管内皮细胞间隙并在肿瘤部位靶向聚集，然后通过低强度聚焦超声的干预，实现液态氟碳纳米粒的液气相转变。我们研究了其在不同超声参数下的体外相变规律，以及在低强度超声作用下超声分子探针液气相变增强癌细胞超声分子显像与杀伤癌细胞的体外、体内作用规律。结果表明，这种新型的液气相变型超声分子探针可以在低强度超声/激光等作用下，在肿瘤细胞外部、内部发生液气相变，从而增强超声显像。同时，由液体变为气体所增大的体积可以以一种"膨胀"或"爆炸"的方式杀灭肿瘤细胞。.在此基础上，我们还提出了一种新型的液气相变触发方式理论假设，即磁致相变（MDV）理论假设。它有望克服低强度超声触发方式（ADV）以及激光触发方式（ODV）存在的局限性，例如超声受骨骼、气体干扰大；激光穿透深度浅；并且ADV与ODV均需要事先知道肿瘤的位置才能进行触发，这不利于肿瘤的早期超声分子显像与治疗。进一步我们解决了磁响应性液气相变纳米材料的制备工艺难题，设计了多种磁感应性相变型分子探针: 装载全氟已烷的空心Fe3O4纳米粒、铃铛型空心四氧化三铁纳米粒等，在交变磁场作用下，成功触发了纳米粒的液-气相转变，并通过体内、外实验证明了MDV的可行性。该新型分子探针不仅能够通过液气相转变实现超声显像，还同时可以增强MRI显像，并且可以通过热的作用使肿瘤细胞发生凋亡，具有良好的治疗肿瘤作用。.上述研究结果有望建立一种新型的、高效的、副作用小的肿瘤分子显像诊断与物理治疗方法，并为超声分子影像研究提供新型的超声分子探针。