盛宗海 李三清,2 胡德紅 高篤陽(yáng) 鄭海榮

1(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所 深圳 518055)

2(中國(guó)人民解放軍空降兵軍醫(yī)院檢驗(yàn)科 武漢 430012)

1 引 言

腦膠質(zhì)瘤是一種嚴(yán)重危害人類健康的中樞神經(jīng)系統(tǒng)重大腦疾病，具有發(fā)病率高、復(fù)發(fā)率高、死亡率高和治愈率低的“三高一低”特點(diǎn)[1-3]。腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞通常沿神經(jīng)纖維生長(zhǎng)并向周?chē)X區(qū)彌散，具有極高的侵襲性。這種獨(dú)特的生長(zhǎng)方式使得腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞和腦正常細(xì)胞無(wú)明顯邊界，手術(shù)難以徹底切除，術(shù)后極易復(fù)發(fā)。此外，大腦天然的防御系統(tǒng)——血腦屏障嚴(yán)重阻礙了化療藥物和成像探針穿過(guò)腦血管進(jìn)入腦組織中，導(dǎo)致治療和成像效果不佳。因此，迫切需要發(fā)展新的成像探針、成像方法以及新型的治療藥物和方法用于腦膠質(zhì)瘤的精準(zhǔn)診斷和治療。

目前，臨床上腦膠質(zhì)瘤診斷方法主要有電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography，CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)、超聲成像、放射性核素成像和熒光成像，采用的造影劑主要有釓噴酸葡胺注射液(MRI 造影劑)、碘帕醇注射液(CT 造影劑)、微泡(超聲造影劑)、18F 標(biāo)記物(核素成像造影劑)和吲哚菁綠染料(熒光造影劑)等[4-9]。這些小分子造影劑在增強(qiáng)造影成像的同時(shí)，也存在著一些不足，如體內(nèi)循環(huán)時(shí)間短、代謝快，缺乏腦膠質(zhì)瘤靶向性等。在治療方面，臨床上腦膠質(zhì)瘤的主要治療手段有手術(shù)治療、放射治療、化療、光學(xué)治療以及聯(lián)合治療等[10-12]。這些方法在減緩腦膠質(zhì)瘤病理進(jìn)程方面發(fā)揮著重要作用，但并未明顯改善腦膠質(zhì)瘤患者的五年生存期。其主要原因是：(1)手術(shù)治療難以徹底清除腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞，導(dǎo)致復(fù)發(fā)率很高；(2)化療藥物難以跨越血腦屏障，靶向腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞，導(dǎo)致藥物到達(dá)腦膠質(zhì)瘤的含量極低，化療效果不佳；(3)放療和光學(xué)治療依賴腦膠質(zhì)瘤微環(huán)境中氧分子的含量，但腫瘤在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致腫瘤內(nèi)部缺氧，使得放療和光學(xué)治療效果不佳。雖然新型的治療方法，如免疫治療也已用于腦膠質(zhì)瘤的臨床研究中，但其生物安全性、有效性還需進(jìn)一步研究。因此，積極發(fā)展腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療的新方法、新技術(shù)具有重要的研究?jī)r(jià)值和臨床轉(zhuǎn)化前景。

納米技術(shù)的飛速發(fā)展為腦膠質(zhì)瘤的精準(zhǔn)診療帶來(lái)了新希望[13-19]。與傳統(tǒng)成像探針和治療藥物相比，納米探針和納米藥物表現(xiàn)出以下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：(1)高效跨血腦屏障，特異性結(jié)合腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞。納米探針和納米藥物具有巨大的比表面積，能可控修飾多種配體分子，通過(guò)配體-受體相互作用高效跨血腦屏障，特異性結(jié)合腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞[20]。(2)多模態(tài)分子成像精準(zhǔn)識(shí)別腫瘤邊界。納米技術(shù)能有效克服單一成像模態(tài)的不足，融合多種成像元素，實(shí)現(xiàn)跨尺度、多模態(tài)膠質(zhì)瘤分子成像與腫瘤邊界精準(zhǔn)識(shí)別[7]。(3)成像引導(dǎo)下的腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)治療。納米載體可同時(shí)裝載成像分子和治療藥物，通過(guò)實(shí)時(shí)成像觀測(cè)藥物在體內(nèi)的分布和代謝，實(shí)現(xiàn)成像引導(dǎo)下的腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)治療[9,21]。目前，用于腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療的納米材料主要包括無(wú)機(jī)納米顆粒、聚合物納米顆粒和無(wú)機(jī)有機(jī)雜合納米顆粒等，通過(guò)表面化學(xué)偶連抗體、多肽、核酸等靶向配體，實(shí)現(xiàn)探針高效跨越血腦屏障，靶向腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞。本文主要介紹國(guó)內(nèi)外研究小組在納米探針用于腦膠質(zhì)瘤成像和治療研究方面的工作進(jìn)展，并對(duì)當(dāng)前納米探針在可控制備、表面功能化修飾與臨床應(yīng)用上面臨的難題進(jìn)行討論與分析，同時(shí)對(duì)該領(lǐng)域面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行總結(jié)，最終對(duì)納米技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療方面的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

2 跨血腦屏障的探針遞送方式

血腦屏障主要由腦血管內(nèi)皮細(xì)胞、星型膠質(zhì)細(xì)胞、周皮細(xì)胞、緊密連接層和基質(zhì)膜等構(gòu)成，是大腦的天然防御系統(tǒng)。血腦屏障在保護(hù)大腦免受有毒物質(zhì)侵害的同時(shí)，也阻止了成像探針和治療藥物進(jìn)入腦組織[14]。目前，臨床使用的小分子造影劑和小分子藥物主要通過(guò)細(xì)胞旁擴(kuò)散、跨細(xì)胞擴(kuò)散和轉(zhuǎn)運(yùn)介導(dǎo)等方式進(jìn)入腦組織。這些方式跨血腦屏障效率低，藥物和造影劑難以達(dá)到有效濃度。臨床上可通過(guò)高滲溶液，如甘露醇等使血腦屏障全部開(kāi)放，提高造影劑和藥物被動(dòng)擴(kuò)散，進(jìn)而從細(xì)胞間隙進(jìn)入腦組織。但該方法無(wú)法定點(diǎn)開(kāi)放血腦屏障，且血腦屏障開(kāi)放時(shí)間不易控制。此外，還可通過(guò)緩激肽及其類似物調(diào)控腦血管內(nèi)皮細(xì)胞 B2受體，破壞緊密連接層，促進(jìn)造影劑和藥物跨越血腦屏障。但這種方式導(dǎo)致大腦血腦屏障全部開(kāi)放，有毒物質(zhì)也隨之進(jìn)入大腦，引發(fā)癲癇等副作用。雖然有生物學(xué)家通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)通路的方法可以增加造影劑和藥物進(jìn)入大腦的機(jī)會(huì)，但這些方法都有嚴(yán)重的副作用，容易造成腦組織損傷。

相對(duì)于小分子造影劑和藥物而言，納米探針和納米藥物可通過(guò)吸附、受體介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)兩種方式高效跨越血腦屏障，特異性結(jié)合腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞[22]。這兩種選擇性跨越血腦屏障的方法具有可控性能好、安全系數(shù)高、易于臨床推廣的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種高效跨血腦屏障的配體分子，包括轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、多肽、抗體等[10,23-27]。通過(guò)化學(xué)修飾將配體分子結(jié)合到納米探針和納米藥物表面，可顯著提升其跨越血腦屏障的能力。納米探針穿越血腦屏障的分子機(jī)制包括胞外親脂性擴(kuò)散、細(xì)胞旁路擴(kuò)散、載體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)、受體介導(dǎo)的胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)及吸附介導(dǎo)的胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)等[28-29]。其中，受體介導(dǎo)的胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)是納米探針跨越血腦屏障的主要方式。通過(guò)在納米探針表面修飾特異性靶向分子，如抗體、多肽、核酸等，高效結(jié)合血腦屏障表面的受體分子，并通過(guò)細(xì)胞內(nèi)吞轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，可將納米探針轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入腦組織。

Zhu 等[10]報(bào)道了以轉(zhuǎn)鐵蛋白作為靶向配體和小分子染料載體，通過(guò)疏水相互作用和氫鍵相互作用將臨床使用的吲哚菁綠染料高效結(jié)合到轉(zhuǎn)鐵蛋白表面，制備了一種具有診斷和治療雙功能的納米探針，并通過(guò)激光共聚焦熒光成像和免疫熒光分析證實(shí)該納米探針與腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞表面高表達(dá)的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體特異性結(jié)合；同時(shí)，在腦膠質(zhì)瘤皮下、原位裸鼠模型上，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)鐵蛋白受體介導(dǎo)的納米探針高效跨血腦屏障、靶向結(jié)合腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的方法學(xué)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，Jia 等[30-31]借助于細(xì)胞膜仿生工程原理，通過(guò)提取天然來(lái)源的細(xì)胞膜并與納米脂質(zhì)體載體相融合，研發(fā)出具有細(xì)胞膜功能的仿生脂質(zhì)體納米探針(圖 1)。這類仿生納米探針可以模擬天然細(xì)胞的活性功能。例如，紅細(xì)胞膜修飾的納米探針可以顯著延長(zhǎng)探針的體內(nèi)半衰期；癌細(xì)胞膜修飾的納米探針通過(guò)同源靶向性可以顯著提高探針靶向同源癌細(xì)胞的能力。Jia 等[30-31]研究發(fā)現(xiàn)，腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞膜修飾的納米載體可通過(guò)膜蛋白的特殊功能，顯著改善探針和藥物分子的血液半衰期，增強(qiáng)其對(duì)同源癌細(xì)胞的靶向識(shí)別能力。Jia 等[31]在早期原位腦膠質(zhì)瘤裸鼠模型上，證實(shí)了仿生納米載體可高效跨越血腦屏障，特異性結(jié)合到腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞上，實(shí)現(xiàn)了探針和化療藥物跨血腦屏障的靶向遞送，為腦膠質(zhì)瘤的成像和治療提供了一種新方法和新技術(shù)。

圖1 仿生納米探針高效跨血腦屏障靶向腦膠質(zhì)瘤近紅外熒光成像[31]Fig.1 Biomimetic nanoprobe with crossing blood-brain-barrier performance for active-target near-infrared fluorescence imaging of glioma[31]

此外，復(fù)旦大學(xué)李聰教授課題組采用化學(xué)激動(dòng)劑偶連樹(shù)枝狀高分子的方法制備了一種小粒徑納米探針，借助于激動(dòng)劑特異性激活腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞上的 A2A 腺苷受體，觸發(fā)毛細(xì)血管收縮，導(dǎo)致腦血管緊密連接層暫時(shí)性開(kāi)啟，促進(jìn)納米探針跨越血腦屏障并進(jìn)入腦組織。相對(duì)于受體介導(dǎo)的跨血腦屏障方法，納米激動(dòng)劑調(diào)控血腦屏障開(kāi)放具有高效、安全、可逆的特點(diǎn)，為腦膠質(zhì)瘤的分子成像和治療提供了新途徑[32-33]。

除了受體介導(dǎo)和激動(dòng)劑調(diào)控跨血腦屏障兩種方法以外，國(guó)內(nèi)外幾個(gè)課題組將目光聚焦在超聲開(kāi)放血腦屏障的研究上。相對(duì)于生物和化學(xué)方法開(kāi)放血腦屏障靶向遞送探針和藥物而言，超聲這種物理方式開(kāi)啟血腦屏障具有無(wú)創(chuàng)、定點(diǎn)、可逆、安全等優(yōu)點(diǎn)，其開(kāi)放血腦屏障的機(jī)制主要涉及到超聲波產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。前者會(huì)通過(guò)微泡的穩(wěn)態(tài)空化作用增加腦內(nèi)皮細(xì)胞間隙，引導(dǎo)血腦屏障可逆開(kāi)放；后者通過(guò)刺激內(nèi)皮細(xì)胞機(jī)械敏感性離子通道，增加血腦屏障的跨細(xì)胞途徑和細(xì)胞旁途徑的滲透性，引起血腦屏障的開(kāi)放。2016 年，法國(guó)科學(xué)家制備了一種可植入的超聲裝置用于聯(lián)合微泡開(kāi)放血腦屏障高效遞送化療藥物治療腦膠質(zhì)瘤。15 例人體實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，超聲開(kāi)放血腦屏障后，可顯著增加化療藥物 carboplatin在腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的富集，實(shí)驗(yàn)組中 9 例病人的腦膠質(zhì)瘤停止生長(zhǎng)，顯示出巨大的臨床應(yīng)用前景[34]。Wu 等[35]也利用了超聲聯(lián)合微泡開(kāi)放血腦屏障，將多空硅納米診療劑高效地遞送到腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞內(nèi)，顯著抑制了腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，延長(zhǎng)了荷瘤小鼠生存期。

這些前期研究工作充分證實(shí)，選擇性可逆開(kāi)放血腦屏障有助于提高腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療效率。但是，采用化學(xué)或物理方法促進(jìn)納米探針跨越血腦屏障同樣存在一些不足，例如：(1)靶向配體的合理選擇，精準(zhǔn)化學(xué)修飾影響了探針和藥物跨血腦屏障的效率；(2)激動(dòng)劑開(kāi)放血腦屏障是全腦性的，難以實(shí)現(xiàn)血腦屏障的精準(zhǔn)定點(diǎn)開(kāi)放；(3)超聲開(kāi)放血腦屏障需要儀器配合，尤其需要大型的影像設(shè)備如 MRI 進(jìn)行引導(dǎo)，其生物安全性也需進(jìn)一步評(píng)估。

3 多模態(tài)成像納米探針

腦膠質(zhì)瘤的精準(zhǔn)治療離不開(kāi)影像學(xué)的輔助和引導(dǎo)。其中，術(shù)前影像診斷可定位腦膠質(zhì)瘤的位置并測(cè)量其尺寸大小，術(shù)中成像顯影腦膠質(zhì)瘤邊界可引導(dǎo)手術(shù)治療，術(shù)后監(jiān)控腦膠質(zhì)瘤的進(jìn)展是實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)治療的有效途徑。目前，腦膠質(zhì)瘤的術(shù)前診斷主要依靠磁共振成像這種單一成像模態(tài)；術(shù)中腫瘤邊界的判定主要靠手術(shù)師的經(jīng)驗(yàn)和電生理的輔助；術(shù)后腦膠質(zhì)瘤的復(fù)發(fā)依然采用磁共振成像進(jìn)行判斷[36-37]。雖然磁共振成像具有高穿透、無(wú)輻射、空間分辨率高的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些不足，如設(shè)備體積龐大，難以在術(shù)中實(shí)時(shí)引導(dǎo)手術(shù)治療，也難以實(shí)現(xiàn)從細(xì)胞到人體的跨尺度分子成像，故尚未能實(shí)現(xiàn)診斷和治療一體化。相對(duì)于單一成像模態(tài)而言，多模態(tài)成像融合了多種成像元素，可以有效克服單一成像模態(tài)的不足，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。腦膠質(zhì)瘤的診斷遵循多參數(shù)成像診斷的原則，通過(guò)磁共振、CT、超聲和正電子發(fā)射斷層掃描(Positron-Emission Tomography，PET)等多種成像技術(shù)，可以顯著提高腦膠質(zhì)瘤診斷的精準(zhǔn)性，更加有效地引導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤手術(shù)治療。但這種多次診斷的方式比較耗時(shí)耗力，對(duì)醫(yī)院設(shè)備要求較高，極大地增加了病人的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。相對(duì)于臨床常用的多種成像技術(shù)聯(lián)合診斷腦膠質(zhì)瘤而言，基于納米探針的腦膠質(zhì)瘤多模態(tài)成像技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)——能有效避免多次注射造影劑進(jìn)行多次復(fù)雜成像，易與臨床使用的 PET/CT 和 PET/MRI 等多模態(tài)成像設(shè)備融合，有望實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷、術(shù)中引導(dǎo)和術(shù)后評(píng)估一體化[38-39]。

國(guó)內(nèi)外幾個(gè)課題組在該領(lǐng)域開(kāi)展了卓有成效的研究工作，取得了重要的研究進(jìn)展。例如，2012 年，美國(guó)斯坦福大學(xué)分子影像中心 Gambhir教授團(tuán)隊(duì)首次提出了腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療的新概念，制備了一種金/硅核/殼結(jié)構(gòu)的多模態(tài)納米探針：在小鼠原位腦膠質(zhì)瘤模型上首次實(shí)現(xiàn)了MRI、光聲、拉曼三模態(tài)分子成像，證明光聲和拉曼成像技術(shù)可以輔助手術(shù)師在術(shù)中精準(zhǔn)識(shí)別腦膠質(zhì)瘤邊界，并在術(shù)后評(píng)估殘余病灶，這表明多模態(tài)納米探針在腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療中具有巨大應(yīng)用潛力[40]。Wu 等[35]采用易合成、生物相容性好、表面易功能化的介孔二氧化硅作為納米載體，內(nèi)核裝載具有磁共振造影能力的 Fe3O4納米顆粒后，在其表面修飾具有光聲成像功能的超小 Cu2?xSe 納米顆粒，構(gòu)建了一種多模態(tài)納米探針，實(shí)現(xiàn)原位腦膠質(zhì)瘤磁共振成像和光聲雙模態(tài)成像，展示了多模態(tài)納米探針在腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療中的巨大應(yīng)用潛力。在此基礎(chǔ)上，Wu 等[36]借助于中性粒細(xì)胞這種炎癥趨化的細(xì)胞載體，裝載具有熒光和磁共振成像能力的吲哚菁綠分子和四氧化三鐵納米顆粒，實(shí)現(xiàn)了術(shù)后腦膠質(zhì)瘤的磁共振和熒光雙模態(tài)分子成像以及殘留腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的治療。之后，Sheng 等[39]針對(duì)當(dāng)前多模態(tài)納米探針制備過(guò)程繁瑣、表面難以修飾的難題，研發(fā)了單一材料、多種成像功能的新型多模態(tài)納米探針，在 C6 腦膠質(zhì)瘤小鼠模型上實(shí)現(xiàn)了高分辨(38 μm)、高信背比(S/N＝4.4)的腦膠質(zhì)瘤近紅外二區(qū)熒光和近紅外一區(qū)光聲雙模態(tài)分子成像。該研究通過(guò)兩種互補(bǔ)的術(shù)中成像模態(tài)精準(zhǔn)識(shí)別腦膠質(zhì)瘤邊界，為成像引導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)手術(shù)治療提供了一種全新的方法和技術(shù)(圖 2)。

圖2 近紅外二區(qū)納米探針用于腦膠質(zhì)瘤的近紅外二區(qū)熒光和光聲雙模態(tài)成像[39]Fig.2NIR-II nanoprobe for NIR-II fluorescence and photoacoustic dual-modal imaging of glioma[39]

此外，國(guó)內(nèi)外其他研究小組也在多模態(tài)納米探針領(lǐng)域開(kāi)展了相關(guān)研究工作，并在腦膠質(zhì)瘤術(shù)中邊界診斷方面取得了重要的研究進(jìn)展。例如，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所田捷研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)微乳液方法制備了一種以金納米棒為核、金屬有機(jī)框架材料為殼的多功能納米探針，在小鼠模型上實(shí)現(xiàn)了腦膠質(zhì)瘤的 MRI、CT 和光聲三模態(tài)分子成像[41]。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院陳小元教授課題組以天然的鐵蛋白為核，通過(guò)偶連放射性元素64Cu和熒光染料，制備了具有熒光和 PET 成像功能的多模態(tài)納米探針，并利用鐵蛋白靶向功能實(shí)現(xiàn)了腦膠質(zhì)瘤的 PET 和熒光雙模態(tài)分子成像[42]。

多模態(tài)納米探針在腦膠質(zhì)瘤成像中的成功應(yīng)用，一方面，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)的疾病診療；另一方面，可以減輕多次注射造影劑帶來(lái)的用藥痛苦，降低毒副作用和造影劑交叉使用帶來(lái)的感染，節(jié)約醫(yī)療費(fèi)用。但在開(kāi)發(fā)這種多模態(tài)納米探針的過(guò)程中，還存在著諸多挑戰(zhàn)：(1)制備過(guò)程復(fù)雜，體內(nèi)生物相容性和可代謝性有待深入研究；(2)納米探針的成像應(yīng)用集中在小鼠模型中，在大動(dòng)物和靈長(zhǎng)類動(dòng)物中的研究還很少；(3)多模態(tài)納米探針的臨床轉(zhuǎn)化還需深入研究。

4 診療一體化納米探針

診斷與治療融為一體是實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療的重要研究方向。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像和治療通常是獨(dú)立的兩個(gè)部分。診斷所用的造影劑和治療所用的化療藥物在不同時(shí)間、注射不同的藥劑量到患者體內(nèi)，發(fā)揮的功效也不同。采用這種先診斷后治療的模式，無(wú)法實(shí)時(shí)觀測(cè)化療藥物在患者體內(nèi)的分布和代謝過(guò)程，短時(shí)間內(nèi)難以評(píng)估化療藥物療效，也難以突破化療藥物產(chǎn)生的多藥耐藥和對(duì)正常器官的毒性。因此，迫切需要發(fā)展融合診斷與治療一體化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可視化的腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)治療。臨床采用的放射性治療藥物在發(fā)揮治療功能的同時(shí)，也具有成像功能。但由于放射性治療劑量較高，副作用明顯，限制了其成像功能的應(yīng)用。納米技術(shù)為腦膠質(zhì)瘤診療一體化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。通過(guò)功能化納米載體，能夠可控地制備出具有成像和治療功能的納米顆粒，通過(guò)成像實(shí)時(shí)觀測(cè)納米顆粒在體內(nèi)的循環(huán)、代謝、分布，評(píng)估納米顆?？缪X屏障靶向腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的效率，監(jiān)控化療藥物的治療效果，評(píng)估化療藥物的毒副作用[43]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外幾個(gè)課題組率先開(kāi)展了診療一體化納米探針的研究工作。例如，Cui 等[20]采用磁靶向和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合肽 t7 介導(dǎo)的主動(dòng)靶向傳遞策略，將裝載化療藥物紫杉醇、姜黃素和磁共振造影劑的氧化鐵納米顆粒共包封在 t7修飾的磁性聚合物囊泡體系中；通過(guò)聯(lián)合用藥誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制細(xì)胞周期的機(jī)制，對(duì)腫瘤生長(zhǎng)具有協(xié)同抑制作用，其療效明顯優(yōu)于單一用藥；在原位膠質(zhì)瘤模型的研究中，通過(guò)熒光成像、同步輻射 X 線成像和 MRI 觀察該顆粒在腦膠質(zhì)瘤中的蓄積過(guò)程和動(dòng)態(tài)變化。這種雙靶向、共給藥策略為成像引導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)治療提供了一種潛在的新方法。Gholami 等[44]采用離子凝膠法制備了一種共載超順磁氧化鐵和阿霉素的殼聚糖聚合物囊泡，并用于 MRI 引導(dǎo)的腦膠質(zhì)瘤化療，在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的診斷和治療方面具有很好的應(yīng)用前景。Xu 等[21]報(bào)道了一種共同裝載抗癌藥物、超順磁氧化鐵和量子點(diǎn)的具有診斷和治療功能的脂質(zhì)體納米顆粒，在小鼠模型上實(shí)現(xiàn)了磁靶向的腦膠質(zhì)瘤熒光成像和 MRI 雙模態(tài)成像，并引導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤手術(shù)的治療和化療。Duan 等[38]將金納米棒、介孔二氧化硅、量子點(diǎn)和具有環(huán)糊精內(nèi)核的聚合物一起裝載阿霉素和基因的多功能納米平臺(tái)，在腦膠質(zhì)瘤小鼠模型上，驗(yàn)證了多功能納米探針的 CT 和光聲成像能力，通過(guò)多模態(tài)成像引導(dǎo)小鼠腦膠質(zhì)瘤的聯(lián)合治療。Ghorbani 等[45]制備了一種生物相容性較好的磁靶向載姜黃素的氧化鐵納米復(fù)合材料，通過(guò) MRI 成像引導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤化療，取得了良好的效果。Ruan 等[46]將裝載阿霉素和熒光染料 Cy5.5 的金納米顆粒與明膠載體結(jié)合得到靶向腦膠質(zhì)瘤的復(fù)合納米顆粒，實(shí)驗(yàn)證明了該顆?？梢詫?shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送，具有較高的腫瘤組織穿透能力和滲透性。Tsai 等[47]制備了靶向肽修飾的共載光敏劑 mTHPC 和染料 IR-780 的聚合物包載的上轉(zhuǎn)化有機(jī)無(wú)機(jī)雜化納米顆粒。該納米顆粒能夠引導(dǎo)顆粒穿越血腦屏障，并選擇性地將雙光敏劑遞送到腦星形細(xì)胞瘤腫瘤，用于光熱/光動(dòng)力聯(lián)合治療，其聯(lián)合治療效果達(dá)到 80% 左右。

Guo 等[9]研發(fā)了一種集光聲成像與光熱消融治療于一體的靶向納米探針(圖 3)。該探針具有良好的生物相容性、超好的光學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)烈的近紅外二區(qū)光學(xué)吸收和較高的光熱轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)高靈敏、高分辨、大深度近紅外二區(qū)光聲分子成像，實(shí)時(shí)觀測(cè)到納米探針在腦膠質(zhì)瘤組織中的富集過(guò)程，可清晰地識(shí)別腦膠質(zhì)瘤組織和腦正常組織的邊界(最佳成像信背比＝90)；在光聲成像的引導(dǎo)下，采用低劑量、高穿透的 1 064 nm 激光局部照射腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞，通過(guò)納米探針將光能轉(zhuǎn)化為熱能，選擇性殺滅腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞。這種獨(dú)特的光學(xué)成像和局部光熱消融治療一體化的診療新模式有望實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤的精準(zhǔn)診療。在此基礎(chǔ)上，Wu 等[35]通過(guò)熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，制備了熒光/光聲雙模態(tài)診療一體化納米探針，實(shí)現(xiàn)了腦膠質(zhì)瘤的熒光/光聲雙模態(tài)成像、成像引導(dǎo)局部光熱消融治療及治療溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。這些重要的研究進(jìn)展為腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療一體化的發(fā)展提供了新思路。但這類診療成像與治療一體化納米探針的研究也同樣存在諸多挑戰(zhàn)。例如，成像探針和治療藥物融合到單一的納米顆粒上勢(shì)必增加納米顆粒制備步驟，這意味著增加制備成本，影響其臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。同時(shí)，成像分子和治療藥物在體內(nèi)具有不同的代謝過(guò)程和體內(nèi)半衰期，如何精準(zhǔn)調(diào)控二者的體內(nèi)行為實(shí)現(xiàn)協(xié)同還面臨巨大挑戰(zhàn)。

圖3 共軛聚合物納米探針用于近紅外二區(qū)光聲成像引導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤光熱治療[9]Fig.3 Conjugated polymer nanoprobe for NIR-II photoacoustic imaging-guided photothermal therapy of glioma[9]

5 小結(jié)與展望

本文總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究小組利用功能化納米探針在腦膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)診療一體化方面的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了納米探針跨血腦屏障、多模態(tài)納米探針識(shí)別腫瘤邊界、診療一體化納米探針三方面的工作。雖然納米技術(shù)突破了傳統(tǒng)診療技術(shù)的瓶頸，為腦膠質(zhì)瘤的精準(zhǔn)診療提供了新工具，但納米探針在進(jìn)一步臨床應(yīng)用和轉(zhuǎn)化過(guò)程中也面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，納米材料在體內(nèi)的生物安全性是影響其臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵性問(wèn)題?，F(xiàn)有的納米載體系統(tǒng)大多都未被國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局正式批準(zhǔn)，也未進(jìn)行相關(guān)人體實(shí)驗(yàn)研究，潛在的生物毒性還需進(jìn)一步研究。其次，納米探針的大規(guī)?？煽刂苽浼夹g(shù)是其臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何控制納米探針的尺寸范圍、表面結(jié)構(gòu)、靶向分子數(shù)量等關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)于實(shí)現(xiàn)探針的臨床轉(zhuǎn)化極為重要。最后，納米探針真正走入臨床還需要化學(xué)家、生物學(xué)家、醫(yī)學(xué)家、工程師的聯(lián)合攻關(guān)，并通過(guò)多學(xué)科合作共同推動(dòng)納米探針進(jìn)入臨床，造福腦膠質(zhì)瘤患者。