基于纳米微粒的ME-MRI在树鼩放射性视神经病变诊疗一体化中的研究

Radiation-induced optic neuropathy (RION) is one of the most devastating late complications that may occur in patients treated with radiotherapy (RT) for tumor in the vicinity of optic nerve. Epidermal growth factor receptor (EGFR) is excessively active in the microenvironment after optic nerve injury, is not conducive to nerve axons repair. There is no effective method for early diagnosis, treatment and quantitative evaluation of RION at present. This project based on previous study will change the conventional method of single high-dose irradiation to damage optic nerve of rats, employ the fraction of small dose to establish RION of tree shrews. Tree shrews are small mammals that are closely related to primates with excellent vision. So, using this method and animal model to build RION is more close to clinical practice. We will quantitatively evaluate optic nerve injury at different time point after injury by manganese-enhanced MRI (ME-MRI). Further more, this science project will develop Mn-based theranostics nanoparticles. We will fabricate Poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanospheres containing Mn2+ and AG1478 (EGFR inhibitor) for intravitreal administration. So this nanoparticles may have more advantages in precise imaging evaluation and treatment of RION. The accomplishment of this study will probably generate a specific, effective novel avenue for early diagnosis and therapy of RION, maximumly rescue patients’ residual vision, improve the quality of survival, which can bring about considerable social and economic value.

放射性视神经病变（RION）是头颈部视神经附近肿瘤行放射治疗所引起的严重晚期并发症，可导致不可逆性视力丧失，视神经受损后微环境中的表皮生长因子受体过度激活，诱发神经节细胞凋亡，不利于神经修复，目前RION尚无有效的早期诊断及治疗方法。本项目拟采用分隔小剂量、多次照射法建立更接近临床肿瘤放疗过程中视神经损伤的动物（树鼩）模型，同时使用锰离子增强MRI对视神经放射性损伤进行动态连续定量监测，为临床评价RION提供影像学依据。在此基础上，用具有良好生物降解性和组织相容性的高分子聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)为载体，以Mn2+为成像介质、表皮生长因子受体抑制剂（AG1478）为促神经修复药物，构建适合眼球内注射、兼具神经特异性影像诊断功能和治疗作用的复合纳米微粒（Mn2+-AG1478-PLGA）。本课题的成功将为RION的早期诊断和治疗提供精确可靠的新方法，最大程度挽救患者残存视力，提高生活质量。

放射性视神经病变（RION）是眼眶周围肿瘤放射治疗后的一种严重并发症。本项目用树鼩和大鼠为实验动物，采用分隔剂量多次照射法建立接近临床头颈部肿瘤放疗过程中视神经损伤模型，同时使用ME-MRI对不同时间点视神经放射性损伤程度进行长期、连续动态定量评价。利用高分子聚乳酸羟基乙酸(PLGA)为载体，以Mn2+作为MRI成像介质、EGFR抑制剂（AG1478）为促进神经修复药物，尝试制备适合眼球内注射的复合纳米微粒（Mn2+-AG1478-PLGA）。利用ME-MRI连续监测放射性视神经损伤后的轴突运输功能。研究结果显示ME-MRI上树鼩的眼球、晶状体、玻璃体体积、视神经和上丘明显大于大鼠，而视网膜厚度则无显著性差异。放射性视神经损伤后，树鼩组视神经和上丘的信号强度在5-30周内逐渐下降。放射损伤后20-30周，实验组信号强度明显低于对照组。大鼠视神经和上丘的信号强度与树鼩相似。照射组后5周至30周视神经和上丘的信号强度变化，树鼩组分别降低44.29%和65.29%，大鼠组分别降低48.07%和71.53%。1H MRS显示照射后NAA/Cr代谢率逐渐降低，尤其是30周下降较为明显。视觉诱发电位结果显示照射组与对照组的N1值无显著性差异。照射组N1-P1波幅值降低，与对照组相比有显著性差异。Western Blot结果显示照射组的Cytoplasm dynein、Kinesin-1和Kinesin-2蛋白水平显著降低。照射组Tau蛋白略有升高，与对照组比较无显著性差异。免疫荧光结果显示实验组和对照组的α-tubulin、β-tubulin、SMI-31、MBP和MAP-2差异无显著性。照射组与对照组大鼠的RGCs计数无显著性差异。电镜结果显示照射组轴突密度降低，轴突异常扩张、肿胀，出现大量空泡、脱髓鞘和髓鞘分离。本研究的结论及科学意义如下：树鼩在ME-MRI视觉神经科学研究中显示出明显的优势。RION轴突运输下降的主要原因是马达蛋白不足，而轴突的细胞骨架结构受损也起到一定作用。ME-MRI可以检测放射性损伤后早期至晚期轴突运输功能的变化，同时观察视神经轴突结构的相对完整性。