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循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTCs),产生于肿瘤组织的原发病灶,通过血液或淋巴液入侵循环系统。CTCs在器官或组织间的播散是造成大多数肿瘤发生转移的最主要原因,也是肿瘤的重要致死因素之一。CTCs在肿瘤的发生、发展、转移和预后方面起着决定性的作用。准确而有效的检测、富集或捕获CTCs对肿瘤的早期诊断、治疗具有重要的临床意义,有望从一定程度上改善肿瘤患者的5年生存率。 磁性纳米粒子(Magnetic Nanoparticles,MNPs),具有优异的磁学性能和生物相容性,可经化学或物理方法,在MNPs表面进行修饰,并连接多种生物分子,如抗体、寡核苷酸、配体等,从而制备功能化探针。MNPs这种多功能纳米材料,已在生物医学领域显示出广阔的应用前景,如靶向载药、细胞和蛋白的磁分离、肿瘤磁热疗和磁共振成像等。其中在循环肿瘤细胞的检测和富集方面,MNPs具有独特的优势。 本文以高温有机相合成的MNPs作为研究对象,用油酸钠对其进行表面修饰,连接人源化Her2单克隆抗体,制备具有Her2靶向性能的探针,评估其生物相容性,并在体内外进行了CTCs富集和捕获的实验性验证,具体如下: (1)采用高温分解法,在有机溶剂中制备了结构致密、粒径分布较窄的疏水性超顺磁性纳米粒子。用油酸钠对其进行表面修饰,赋予其羧基,将疏水性MNPs从有机相转移到水相。用EDC和NHS偶联Her2单克隆抗体,制备Her2-MNP探针。用紫外-可见光分光光度计、透射电镜、X射线衍射分析仪(X-Ray Diffraction, XRD)、傅里叶转化红外光谱仪( Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)和SDS-PAGE凝胶电泳等多种表征手段对其进行表征,以确认Her2抗体与MNPs偶联效率。结果显示,油酸钠将疏水性MNPs从有机相转移到水相,修饰后的MNPs具有良好的单分散性;Her2抗体与修饰后的MNPs正确偶联,偶联效率为71.26%;Her2-MNP探针仍然具有超顺磁性和较窄的粒径分布,为后续实验打下基础。 (2)在体外将Her2-MNP探针与MGC-803细胞共培养,采用MTT法对上述探针的生物相容性进行体外评估。同时用Her2-MNP探针分别对Her2抗原表位阳性的MGC-803细胞,及Her2抗原表位阴性的GES-1细胞进行标记,对标记后的细胞进行普鲁士蓝染色,用光学显微镜、透射电镜和扫描电镜进行形态学分析,检测Her2-MNP探针能否对Her2抗原表位阳性细胞进行特异性标记。在体外采用模拟血流系统,在外加磁场的作用下检测该探针对 Her2相关的CTCs的富集和捕获效果,并精确计算其捕获效率。结果显示,Her2-MNP探针具有良好的体外生物相容性,在0~100μg/ml浓度范围内与MGC-803细胞培养24 h,细胞活性仍超过89%;Her2-MNP探针可以在体外对Her2抗原表位阳性的CTCs进行选择性标记,并可以在外加磁场下捕获标记的CTCs,捕获效率达3242±929个/min。 (3)本部分实验采用磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)、近红外(Near Infrared Region,NIR)成像和组织学分析等手段,在体内验证Her2-MNP探针对CTCs的捕获性能。首先计算不同浓度上述制备的Her2-MNP探针,及不同数量Her2-MNP探针标记的MGC-803细胞磁共振成像的T2加权弛豫率1/T2(r2)。经裸鼠尾静脉注射上述探针和MGC-803细胞,在股静脉处设置外加磁场,MRI和NIR动态监测上述探针在体内的分布。评估上述制备的Her2-MNP探针在体内对CTCs的标记和捕获效果。分离试验小鼠的主要器官和股静脉进行普鲁士蓝染色和HE染色,从组织学水平评估上述探针在体内的生物相容性和磁捕获效率。结果显示,上述探针可以作为磁共振T2加权成像对比剂;在外加磁场作用下,捕获后24 h,股静脉处磁共振成像T2弛豫显著增强;注射后20 min,近红外信号开始在股静脉处聚集;股静脉切片HE染色显示血管壁有CTCs聚集,其他主要脏器HE染色显示没有明显的炎症浸润和淋巴细胞聚集。本部分实验结果证实Her2-MNP探针可以在体内标记并在外加磁场下捕获CTCs。另外,上述探针具有良好的体内生物相容性。