金纳米棒微创治疗转移性肿瘤所致长骨濒临骨折的机制研究

For the treatment of the metastic tumor and associated limb fracture, this project intends to study the solar-thermal conversion effect of gold nanorods (AuNRs)-loaded PMMA bone cements. The tumor killing mechanism will be investigated after that gold nanorods (AuNRs)-loaded PMMA bone cements with different solar-thermal conversion effects are injected into limbs via via multiholed catheter. The treatment mechanism of metastic tumors and the effect of laser intensity and laser wavelength on tumor killing ability will be analyzed. The effect of AuNRs with different length/diameter ratios and different weight ratio in PMMA bone cement on the heat treatment, mechanical properties, solar-thermal conversion effect, and tumor killing abilities of AuNR-loaded PMMA bone cements will be systematically investigated. Further, the AuNR-loaded PMMA bone cements with optimal solar-thermal conversion efficacy and heat treatment will be injected into the limb of animal model, and then appropriate AuNR-based mini-invasive technique with good mechanical properties and tumor killing ability will be explored. The project will provide therotical guide and novel clincal technique for the treatment of metastatic tumor and associated limb fracture.

项目针对转移性骨肿瘤及其所致的长骨濒临骨折的临床问题，研究具有光热转换性能的金纳米棒与临床实际应用的丙烯酸树酯骨水泥相混合后的光热效应；研制具有不同光热效应的骨水泥，经多孔导管注入长骨，研究其注入长骨后达到杀伤肿瘤细胞的机制；研究近红外激光照射骨水泥的不同光强和波长与肿瘤细胞灭活的规律，探究对骨转移瘤的治疗作用；研究不同比例的金纳米棒混入骨水泥后，探究具有光热效应的骨水泥的力学性能、光热转化性能及杀灭肿瘤细胞性能等；总结混入金纳米棒的骨水泥最佳光热转化效率和热疗效果，在动物模型上实现多孔导管在长骨髓腔内灌注，探究具有好的力学性能和杀灭肿瘤细胞的微创治疗转移性肿瘤所致四肢长骨濒临骨折临床治疗方案；项目的成功实施将为治疗转移性骨肿瘤及其所致的长骨濒临骨折提供理论指导和新的临床技术。

本研究针对转移性骨肿瘤及其所致的长骨濒临骨折的临床问题，制备出SPR峰位与激光波长匹配的长径比的金纳米棒，利用具有光-热转换性能的金纳米棒与临床应用的丙烯酸树酯骨水泥相混合，通过近红外激光的照射形成的光热效应达到后期杀灭肿瘤的目的；通过不同比率金纳米棒骨水泥的光热性能测试，探索出达到最佳热疗效果的金纳米棒比率；利用力学性能、细胞学实验证实添加金纳米棒的丙烯酸树脂骨水泥和丙烯酸树脂骨水泥性能无明确改变；利用金纳米棒析出试验证实金纳米棒在模拟体液内长时间无析出，排除了纳米颗粒植入人体可能出现的生物毒性，证明了金纳米棒骨水泥的安全性。. 同时利用有限元分析和力学性能测试证实利用多孔导管灌注骨水泥治疗转移性肿瘤所致濒临骨折的长骨，其长骨抗拉伸、剪切力性能均有显著提高；最后再根据动物实验近红外激光照射金纳米棒骨水泥，通过PET-CT检查和病理检查的肿瘤活性和消亡推算红外激光照射金纳米棒骨水泥的时长和间隔，. 在课题实施过程中，研制出成套微创手术用材料和器械系统已通过山东省药监局检测并获注册（注册证编号：20202041218），该产品的在临床上的应用，可避免丙烯酸树脂骨水泥液料对医患的毒害作用，同时减少骨水泥因气泡导致骨水泥对骨骼的把持力不足。该产品也可应用于经皮椎体强化术和经皮骨强化术，具有很好的临床应用前景。