盛潔,王辛宇,楊敏

(1.南京醫(yī)科大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210029；2.江蘇省原子醫(yī)學(xué)研究所/衛(wèi)生部核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省分子核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214063)

惡性腫瘤的死亡率高居全世界第2位，僅次于心腦血管疾病。放療、化療和手術(shù)治療是目前最常用的3種治療手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約50%的惡性腫瘤患者接受放射治療[1],但因許多惡性腫瘤對射線敏感性低、放療抵抗以及放射副反應(yīng)等，僅40%的患者能夠被治愈[2]。為提高患者生存時(shí)間，增加療效，減輕放療副作用，急須在放療領(lǐng)域?qū)で笮碌耐黄啤?/p>

1 納米粒子包裹放射性核素用于體內(nèi)放療

放射性核素治療是利用核素發(fā)出射線殺傷腫瘤組織。具體來說，是通過輻射能的直接和間接作用，使機(jī)體生物活性大分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)受損，從而導(dǎo)致細(xì)胞繁殖能力喪失，代謝紊亂失調(diào)，細(xì)胞衰老或死亡，達(dá)到治療的目的[6]。由于不同核素的半衰期及能量不同，其用途也不盡相同。然而，由于傳統(tǒng)的體內(nèi)放療特異性差，在腫瘤組織內(nèi)停留的時(shí)間較短，使其應(yīng)用受到一定限制。而通過納米載體給藥，能夠增強(qiáng)放射性核素的靶向性，提高治療效果，并減少副作用，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

1．1 131I和125I

核素碘有許多同位素，其中131I和125I是在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最廣的兩種核素。131I的半衰期為8.3 d，能夠發(fā)射出β射線(99%)和γ射線(1%)。故其既可以用于SPECT顯像，又可用于放射性治療。125I的半衰期較長，為60.14 d，它僅能發(fā)射γ射線，其射線能量為28 keV[7]。 放射性碘的主要標(biāo)記方法有氯胺T法、乳過氧化物酶法(LPO)、Iodogen碘化法和?；噭?Bolton和Hunter試劑)法。其中，氯胺T法標(biāo)記效率高、重復(fù)性好、試劑便宜易得，是目前使用最多的碘標(biāo)記方法。

1.2 111In

銦的放射性同位素主要為111In，主要發(fā)射γ射線，也能產(chǎn)生小部分(1%)的俄歇電子，平均能量為171.3～247 keV，適合用作SPECT成像。因111In的半衰期為2.8 d，故其與99 mTc、18F相比，能夠在較長的時(shí)間內(nèi)評價(jià)治療效果和藥物的生物分布[10]。

1.3 188Re

錸的同位素188Re是近年來較為常用的一種放射性核素，具有十分優(yōu)良的核物理和化學(xué)性質(zhì)。其能夠發(fā)射155 keV的γ射線，可用于SPECT顯像。也能夠發(fā)射最大為2.1 MeV的β射線，可用于腫瘤放射治療。同時(shí)，其半衰期較短(16.9 h)，因此不需要入院治療。

188Re主要由188W/188Re發(fā)生器產(chǎn)生，這使得188Re的運(yùn)輸和儲藏更為方便。目前，其主要標(biāo)記方法有兩種：用雙功能金屬螯合劑連接，如聯(lián)肼尼克酰胺(HYNIC)[13],間接標(biāo)記；預(yù)錫化法，用SnCl2還原，直接標(biāo)記[14],該方法主要用于標(biāo)記抗體。

應(yīng)用方面，Tang等[13]制備出葉酸偶聯(lián)白蛋白納米磁性微球顆粒，而這種磁性納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞后，配合熱療，能夠大大增加腫瘤殺傷效果。隨后，再用188Re標(biāo)記該納米顆粒，并對SKOV3荷瘤鼠行放療聯(lián)合熱療。結(jié)果顯示，單純放療組和單純熱療組的腫瘤抑制率分別為9.88%和57.41%。而當(dāng)兩者相結(jié)合，充分發(fā)揮了納米顆粒和核素188Re的作用后，其腫瘤抑制率達(dá)到了86.67%。Chao等[15]用188Re標(biāo)記二硫化鎢納米片，同時(shí)配合光熱治療，發(fā)現(xiàn)其不僅能夠通過放射性同位素起到腫瘤殺傷的作用，還能夠改善腫瘤乏氧，減輕藥物抵抗及放療抵抗。

1.4 177Lu

镥最常用的放射性同位素為177Lu。其是近年來十分受關(guān)注的一種可用于治療的核素，半衰期為161.5 h。同樣，其能夠發(fā)射γ射線(Emax=321 keV)和β射線(Emax=149 keV)，能夠同時(shí)用于診斷和治療，實(shí)現(xiàn)“一藥兩用”。

177Lu也是一種放射性金屬元素，故標(biāo)記過程需要雙功能金屬螯合劑，其中最常用的有DOTA、DTPA等。177Lu常被標(biāo)記于腫瘤特異性受體蛋白，用作肽受體放射性核素治療(peptide receptor radionuclide therapy，PRRT)[16]。

1.5 90Y

釔的放射性同位素90Y是相對理想的治療用放射性核素，半衰期為64 h，僅能發(fā)射β射線，最大能量為2.288 MeV，主要由90Sr/90Y發(fā)生器得到[19]。標(biāo)記過程同樣需要加入雙功能金屬螯合劑。目前，它主要被用于制備治療用放射性藥物。

2 納米技術(shù)用于放療增敏

放療抵抗是導(dǎo)致臨床放療失敗的主要原因。放療抵抗的發(fā)生與諸多因素相關(guān)。因此，找到有效減少放療抵抗的方法，是提高療效的關(guān)鍵。近年來，隨著納米技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展，其放療增敏的作用正逐步被人們所認(rèn)可。

2.1 金屬納米粒子

高原子序數(shù)的納米顆粒具有劑量增強(qiáng)效應(yīng)。當(dāng)原子系數(shù)高于53時(shí)，X射線的吸收劑量將會增加[21]。而金屬納米粒子的原子序數(shù)均較高，諸如金納米粒子、銀納米粒子等均被許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)確有放療增敏作用。而其中，又以金納米粒子的研究最為豐富[22]。

金納米顆粒(gold nanoparticles，AuNPs)，其直徑為1～100 nm，因其具有較高的電子密度、介電特性和催化性能，能與多種生物大分子結(jié)合且不影響其生物活性，因而被廣泛的應(yīng)用于材料、生物分析化學(xué)、工業(yè)催化、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域[23]。

在放療增敏領(lǐng)域，國內(nèi)外已有諸多文獻(xiàn)報(bào)道，證實(shí)其放療增敏的作用。早在2000年，Herold等[24]進(jìn)行了AuNPs增敏研究。此后，Hainfeld等先后探究了金納米顆粒在乳腺腫瘤小鼠[25]、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌小鼠[26]及荷腦腫瘤小鼠[27]放射治療過程中的增敏效果。實(shí)驗(yàn)組小鼠與對照組相比，其生存時(shí)間均有提高?？梢哉f明AuNPs能夠增加小鼠放療的敏感性。此外，Zhang等[28]運(yùn)用蒙特卡洛模擬算法發(fā)現(xiàn)，加入1013cm-3金納米顆粒后，放射吸收劑量提高了60%，用數(shù)學(xué)方法證明了AuNPs可以增強(qiáng)放射敏感性。

金納米顆粒放療增敏的具體機(jī)制尚存在許多爭議。主流的觀點(diǎn)認(rèn)為其放射增敏作用是由于高原子序數(shù)材料在接受照射時(shí)能增加光電光子吸收[29]。許多研究者又對其增敏機(jī)制進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。Wang等[30]認(rèn)為金納米顆粒能夠通過調(diào)整細(xì)胞周期來達(dá)到放療增敏的作用。細(xì)胞在G2/M期，放射敏感性最強(qiáng)[24]。而金納米顆粒能夠捕獲G2/M期的細(xì)胞，使其停留在該期，從而達(dá)到放療增敏的作用。Zheng等[31]則進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)探索AuNPs增敏的機(jī)制，他們用60 keV的電子線照射有AuNPs和沒有AuNPs的質(zhì)粒DNA片段，發(fā)現(xiàn)AuNPs與DNA鏈能夠以靜電力結(jié)合，并且吸附單層DNA。從而證明AuNPs能夠促使腫瘤細(xì)胞DNA斷裂。

2.2 半導(dǎo)體納米粒子

半導(dǎo)體納米粒子放療增敏作用的研究同樣也有諸多文獻(xiàn)報(bào)道。Zhang等[32]制備了介孔二氧化硅納米粒子,用作膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療增敏方面的研究。流式細(xì)胞儀分析、克隆形成實(shí)驗(yàn)以及MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示，加入介孔二氧化硅納米粒子協(xié)助放療的實(shí)驗(yàn)組，細(xì)胞活性、數(shù)量、增值能力均弱于單純放療組，這表明介孔二氧化硅納米粒子能夠在細(xì)胞層面達(dá)到放療增敏的作用。He等[33]對介孔二氧化硅增敏機(jī)制進(jìn)行了探索發(fā)現(xiàn)，在X線的照射下，二氧化硅納米粒子能產(chǎn)生對細(xì)胞有殺傷作用的羥自由基，從而起到增敏的作用。Zhang等[34]進(jìn)一步對半導(dǎo)體納米粒子的增敏機(jī)制做了研究。它們將鈰摻雜進(jìn)LiYF4@SiO2@ZnO納米粒子。在X線的照射下，一方面產(chǎn)生了具有細(xì)胞毒性的羥自由基，另一方面俄歇效應(yīng)產(chǎn)生了202%的活性氧，進(jìn)一步抑制了腫瘤的增長，起到了放療增敏的作用。

2.3 化療藥物納米粒子

許多化療藥物，諸如多西他賽、紫杉醇等，均具備放療增敏作用。當(dāng)將這些藥物制成納米粒子后，其增敏作用將大大增強(qiáng)。Cummings等[35]采用紫杉醇納米粒子進(jìn)行放療增敏。其對非小細(xì)胞肺癌H460系及A549系的放射增敏比SER分別為1.12及1.23，而對照組普通紫杉醇的放射增敏比SER為1.03和1.12。這表明紫杉醇納米粒子的增敏效果更好。

3 展 望

目前，放射性核素標(biāo)記納米粒子的相關(guān)研究正在進(jìn)一步進(jìn)行。放射性核素標(biāo)記納米粒子有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，放射性標(biāo)記可以提供通過影像學(xué)研究直接和定量監(jiān)測藥物代謝和腫瘤靶向性，大大減輕了臨床工作量。其次，固體腫瘤的組織穿透是一個(gè)主要障礙。在大多數(shù)情況下，藥物必須進(jìn)入細(xì)胞才能生效。此時(shí)，放射性核素標(biāo)記的納米顆粒能夠進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，從而發(fā)揮作用且沒有外滲。第三，控制藥物釋放是另一障礙，而用放射性核素標(biāo)記納米粒子則不須考慮這個(gè)問題。

盡管納米材料在腫瘤放療領(lǐng)域的應(yīng)用還面臨許多挑戰(zhàn)，例如納米材料的生物安全性等，但當(dāng)基于納米粒子的放療進(jìn)入臨床后將對腫瘤治療帶來重要貢獻(xiàn)。