趙 琴

(湖北科技學(xué)院藥學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

自20世紀(jì)70年代中期以來，磁性材料被越來越多的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[1]。Fe3O4是一種常見的磁性材料，也是唯一被FDA批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床的磁性納米材料[2]，F(xiàn)e3O4具有可控的尺寸，范圍從幾納米到幾十納米，另一方面Fe3O4具有超順磁性，很容易被外部磁場磁化，去除磁場源可以立即再分散，其獨(dú)特的磁學(xué)性能和物理性質(zhì)，可用于藥物靶向運(yùn)輸和細(xì)胞分離、磁熱療和磁共振成像(MRI)等。

Fe3O4磁性材料作為藥物載體有許多獨(dú)特的優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值：①無毒副作用，只有在濃度大于100μg/mL時(shí)才會(huì)對細(xì)胞有損害[3]；②比表面積大，可以裝載大量的藥物分子，較低濃度的磁性納米顆粒就能到達(dá)腫瘤部位，產(chǎn)生良好的治療效果，比化療效率高；③Fe3O4具有F-O基，可以在表面引入一些官能團(tuán)，再與藥物分子結(jié)合，定點(diǎn)靶向到達(dá)腫瘤部位；④具有很好的生物相容性。Wang等[4]通過改進(jìn)的共沉淀法合成了尺寸均勻、粒徑小的Fe3O4納米粒子，該Fe3O4納米顆粒不僅具有良好的磁學(xué)性能，而且在細(xì)胞活力和溶血試驗(yàn)中顯示出良好的生物相容性、穩(wěn)定性和較低的毒性。Jiang等[5]制備了具有核-殼結(jié)構(gòu)的磁性介孔納米復(fù)合材料(Fe3O4@SiO2@-LDH)，平均直徑約100nm，作為甲氨喋呤(MTX)的載體用于癌癥治療，表現(xiàn)出更高的超順磁性行為和生物相容性，而載體幾乎無毒。

1 Fe3O4磁性材料的制備方法及表面修飾

1.1 Fe3O4磁性納米顆粒的制備方法

Fe3O4制備方法簡單，價(jià)格低廉，可根據(jù)需要制備不同規(guī)格的產(chǎn)物，可采用物理方法、化學(xué)方法和生物學(xué)方法進(jìn)行制備[6]?；瘜W(xué)合成法是比較成熟的制備方法，它能有效控制粒子尺寸、形狀、分散性、結(jié)晶度和磁學(xué)性能，往往被作為首選制備方法，將含有Fe2+和Fe3+的可溶性鹽按一定的比例配置成溶液，再加入沉淀劑使其形成Fe3O4納米粒子，再經(jīng)過洗滌、干燥就得到想要的產(chǎn)物。其反應(yīng)原理為：Fe2++2Fe3++8OH-→Fe3O4↓+4H2O。

目前很多研究都采用共沉淀法制備納米Fe3O4。嚴(yán)喜鸞等[7]采用化學(xué)共沉淀法制備出納米Fe3O4，同時(shí)采用油酸對其進(jìn)行表面修飾，利用鹽酸多巴胺對其進(jìn)行改性，氨基改性的Fe3O4納米粒子分散性好、穩(wěn)定性好。胡紫陽[8]用檸檬酸鈉對制備好的納米Fe3O4粒子進(jìn)行表面修飾，制備出表面富含羧基，具有良好分散性和穩(wěn)定性的Fe3O4-CA磁性納米粒子。

1.2 Fe3O4的表面修飾

Fe3O4具有立方反尖晶石型結(jié)構(gòu)，比表面積大，易于和其他活性基團(tuán)偶聯(lián)，使之富含氨基、羧基、環(huán)氧基等多種活性基團(tuán)，以此來結(jié)合高分子鏈，制備出各種多功能復(fù)合材料，如親水性材料聚乙二醇、聚氧乙烯、聚山梨酯80、西曲溴銨、泊洛沙姆、油酸鈉等。表面改性的方法主要有聚合反應(yīng)、化學(xué)接枝、吸附沉積等。

通過對Fe3O4表面修飾，不僅可以改善粒子團(tuán)聚程度提高分散性，還可以提高載藥能力、生物相容性、穩(wěn)定性、靶向性等其他特性。例如經(jīng)PEG修飾后的顆粒穩(wěn)定性和空間位阻提高，可抑制蛋白的吸附，大大提高材料的血液相容性，減少巨噬細(xì)胞的吞噬和網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的吸收。此外，聚乙烯亞胺(PEI)、聚氧化乙烯(PEO)、殼聚糖、環(huán)糊精、白蛋白、葡聚糖、淀粉等修飾的磁性Fe3O4納米顆粒均具有良好的生物相容性。張坤等[9]采用檸檬酸和雙羰基化的聚乙二醇合成了具有磁靶向性的Fe3O4@PEG，構(gòu)建阿霉素載藥系統(tǒng)，載藥率為85%，藥物在特定的生理環(huán)境中釋放，提高了智能響應(yīng)。發(fā)揮多重靶向功能，目前已經(jīng)成功應(yīng)用的靶向試劑有葉酸、促黃體激素釋放激素(LHRH)、磺胺、各種縮氨酸受體和直接結(jié)合于細(xì)胞表面的單克隆抗體等。黃麗珍[10]采用化學(xué)共沉淀法制備Fe3O4磁性納米粒，磺?；摩?環(huán)糊精與氨基化的Fe3O4進(jìn)行縮合，成功制備出β-環(huán)糊精修飾的磁性Fe3O4，作為鹽酸阿霉素的載體用于抗腫瘤治療。Moorthy等[11]報(bào)告了多巴胺-尿素有機(jī)硅烷(DPU)復(fù)合物介孔二氧化硅磁性材料的合成，合成的材料具有高表面積(386m2/g)，大孔徑(4.5nm)和均勻的顆粒，其中磁性Fe3O4納米顆粒在孔壁的外表面，顆粒尺寸約為5～10nm。Fe3O4@DPU@MSH顯示出高的載藥能力，pH響應(yīng)和溫度響應(yīng)，提高了藥物釋放效率；同時(shí)MTT測定分析和細(xì)胞內(nèi)攝取研究結(jié)果表明，合成的Fe3O4@DPU@MSH材料具有很好的生物相容性，是一種很有前景的藥物輸送和磁熱療材料。

2 磁性Fe3O4作為藥物載體在抗腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用

目前抗腫瘤藥物主要存在以下問題：①體內(nèi)分布廣泛;②多數(shù)為非選擇性藥物，缺乏對病理部位的特異性親和力;③總劑量大，藥物局部治療濃度低;④非特異性毒性等高藥物劑量引起的不良副作用等。而磁性藥物靶向治療可以很好地解決這些問題。

腫瘤磁靶向治療是利用具有一定磁性的載體，攜帶化療藥物或其他殺傷腫瘤細(xì)胞的活性物質(zhì)在體外磁場下選擇性地運(yùn)送至腫瘤部位，把治療作用或藥物效應(yīng)盡量限定在特定的靶細(xì)胞、組織或器官內(nèi)，減少對正常細(xì)胞、組織或器官功能的影響，提高療效、減少毒副作用的一種方法[12]。磁場相對于生物體、人體組織而言具有穿透性。因此，可以利用磁性納米粒子作為藥物載體，將藥物輸運(yùn)到人體的病灶部位，目前研究較多的為抗癌藥物的磁靶向治療，比如姜黃素、阿霉素、柔紅霉素、紫杉醇和喜樹堿等。

2.1 藥物靶向遞送

磁靶向(magnetic targeting)是借助磁性復(fù)合載體，經(jīng)磁場引導(dǎo)將藥物輸送至腫瘤部位，發(fā)揮療效[13-14]。常見的磁靶向制劑基本上是將納米粒、脂質(zhì)體等制劑與磁性成分通過物理化學(xué)方法結(jié)合在一起制成。Yu等[15]報(bào)道了載有阿霉素的熱交聯(lián)超順磁性氧化鐵納米顆粒(DOX@TCL-SPION)具有pH敏感性。通過帶有電荷的DOX和帶負(fù)電的聚合物之間的共價(jià)靜電作用，DOX載入聚合物TCL-SPION殼中，在pH5.1醋酸鹽緩沖液中，藥物在50min內(nèi)釋放約60%。Cheng等[16]報(bào)道有pH敏感性的Fe3O4多孔中空納米粒子(PHNPS)可以被用作順鉑遞送載體，用于乳腺癌SK-BR-3細(xì)胞的靶向治療，且在酸性作用下導(dǎo)致顆粒上更大的空隙，然后促進(jìn)順鉑的釋放，在pH5.0時(shí)順鉑釋放速度比其在生理?xiàng)l件下(pH7.4)快4倍。

第一個(gè)使用磁性微球(MMS)的臨床癌癥治療試驗(yàn)是由Lübbe等[17]執(zhí)行，用于治療14例晚期病人，直徑約100nm的磁性微球裝載表阿霉素，I期研究結(jié)果清楚顯示其低毒性和在靶部位的積累；但是MRI測量結(jié)果表明，超過50%的MMS已經(jīng)進(jìn)入肝臟。這可能是由于顆粒尺寸小而且磁化率低限制了將它們保持在目標(biāo)器官的能力。Morimoto等[18]開發(fā)了包含抗癌藥物的白蛋白微球，在大鼠皮下腫瘤中，使用磁性顆粒，攝取比例70%，而在沒有使用磁性顆粒的情況下，只有27.4%。磁療藥物治療癌癥技術(shù)不僅限于此，以這種方式給藥的其他藥物包括抗生素、溶栓劑、抗炎癥、多肽和類固醇等。

2.2 光熱治療和聯(lián)合治療

光熱治療(photothermal therapy，PTT)是近年來發(fā)展的一種新興的腫瘤治療方法[19]，主要利用近紅外光激發(fā)光敏劑產(chǎn)熱，殺死腫瘤細(xì)胞。Fe3O4屬于T2造影劑，在近紅外區(qū)域有吸收，可用于腫瘤熱療。超順磁性納米顆粒產(chǎn)熱機(jī)制是在交變磁場作用下，通過磁滯損耗吸收大量磁場能量，產(chǎn)生熱量，將靶部位加熱到有效治療溫度，利用這一點(diǎn)殺滅癌細(xì)胞。且納米顆粒具有靶向性，使其只在腫瘤組織中產(chǎn)生熱量，治療局限于腫瘤病變部位，而不損傷正常組織從而達(dá)到治療腫瘤的目的。國內(nèi)外已有不少關(guān)于腫瘤熱療方面的研究，取得了一定的成果，但如何選擇合適的交變磁場、提高輻射-熱轉(zhuǎn)換效率、熱量優(yōu)化等仍需進(jìn)行深入研究。Jordan等[20]使用磁性納米粒子進(jìn)行腫瘤熱療，并將這種新方法稱為磁流體熱療(magnetic fluid hyperthemia，MFH)。有研究[21]報(bào)告了磁性納米顆粒(RAIN)誘導(dǎo)一種不耐熱的產(chǎn)品凋亡。RAIN由熱休克蛋白(Hsp)抑制劑和磁性納米顆粒(MNP)組成，當(dāng)應(yīng)用交變磁場(AMF)時(shí)，RAIN產(chǎn)生熱量并釋放Hsp抑制劑，以阻斷Hsp的保護(hù)功能，最終導(dǎo)致更多有效的細(xì)胞凋亡。

單一的傳統(tǒng)腫瘤治療方法效果不佳、靶向性差、副作用大，發(fā)展新型的治療手段就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的化療手段與磁熱治療(magneto-thermal therapy)、光動(dòng)力治療(photodynamic therapy，PDT)、聲動(dòng)力治療(sonodynamic therapy，SDT)等新型治療方法相結(jié)合，不僅可以解決化療帶來的痛苦，而且能夠提高腫瘤的治療效果。Johannsen等[22]把磁流體熱療與放療結(jié)合起來對移植性前列腺癌的Copenhagen老鼠模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，熱療溫度可達(dá)到42.7℃～58.7℃；兩個(gè)療程后，與對照組比較，抑瘤率達(dá)87.5%～89.2%。

2.3 基因治療

基因治療是一種很有前景的微創(chuàng)療法，通過干擾siRNA從而干擾特定疾病的表達(dá)基因，磁性納米顆?？捎糜趕iRNA的遞送，且該材料具有良好的生物相容性，優(yōu)越的成像特性，易于表面修飾和轉(zhuǎn)染效率高等性能，提高了基因治療效率，有著廣泛的應(yīng)用前景。鄧雯等[23]構(gòu)建了聚乙烯亞胺(PEI)修飾的Fe3O4磁性納米粒，首次在鼻咽癌細(xì)胞中應(yīng)用PEI-Fe3O4磁性納米粒作為載體轉(zhuǎn)染干擾質(zhì)粒，并在體外證實(shí)了其能有效轉(zhuǎn)染鼻咽癌細(xì)胞，是一種較為理想的基因轉(zhuǎn)染載體。

2.4 磁共振成像技術(shù)

磁共振成像技術(shù)(MRI)是一項(xiàng)先進(jìn)的醫(yī)學(xué)影像診斷技術(shù)，可用于對內(nèi)臟器官和軟組織進(jìn)行無損的快速檢測，已廣泛用于腫瘤篩查。Fe3O4屬于T2造影劑，通過改變弛豫速率使得成像部位的圖像更暗，增加分辨率。磁性納米粒子螯合Ga(Ⅲ)為Fe3O4@SiO2-APTES-DTPA-Ga-DOX載體[24]進(jìn)行放射性標(biāo)記DTPA離子，可用于正電子發(fā)射斷層掃描，預(yù)計(jì)可應(yīng)用于診斷治療領(lǐng)域。Grootendorst等[25]研究發(fā)現(xiàn)超順磁性納米粒(Endorem?)在生物組織中具有良好的光聲成像效果，作為光聲成像造影劑實(shí)現(xiàn)了腫瘤在淋巴系統(tǒng)中的成像。Al Faraj等[26]研究了磁性單壁碳納米管SWCNTs負(fù)載多柔比星治療肺部腫瘤，結(jié)果提高了靶向定位效果和治療效率，開發(fā)了一種新的診斷和治療方法。

3 結(jié) 語

Fe3O4作為藥物載體有極大的應(yīng)用價(jià)值，尤其是在癌癥治療中起著重要的作用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，但其靶向定位、磁熱轉(zhuǎn)化、聯(lián)合治療等方面還有待深入研究，比如雙重靶向和多重靶向等。目前對Fe3O4作為載體的研究大多處于實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物研究階段，還有很大的研究空間，真正應(yīng)用于臨床也需要更深入的研究。