尹梁瀾， 蘭曉莉， 張永學(xué)， 覃春霞

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，分子影像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430022

在各種納米材料中，金納米材料由于具有良好的表面等離子共振效應(yīng)[1]，以及易于修飾的表面活性[2]，使其在包括暗視野成像、光聲成像、雙光子熒光成像、拉曼成像和核素偶聯(lián)的放射性成像等多種影像診斷，與光熱治療、光動(dòng)力治療、載藥化療以及聯(lián)合治療等諸多治療手段上得到了廣泛的應(yīng)用[3-5]。盡管經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，金納米材料的制備修飾都已經(jīng)十分成熟，但在金納米材料的合成過程中較高的成本和較長(zhǎng)的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間[6-7]，仍然限制了金納米材料的應(yīng)用。

為了彌補(bǔ)單一納米材料的缺陷，利用各種納米材料不同特性來構(gòu)建功能互補(bǔ)的納米復(fù)合物如鉑金納米、磁性金納米、納米金包裹的碳納米管等均已完成設(shè)計(jì)、合成和應(yīng)用[6，8-9]。在各種無機(jī)、有機(jī)納米材料中，磁性納米材料如納米四氧化三鐵、γ-三氧化二鐵、二氧化錳、釓等因兼有磁性、超順磁性或是順磁性的特性，常被用于催化反應(yīng)、磁導(dǎo)向分離、磁共振成像和靶向納米載藥等領(lǐng)域[7，10-12]。但磁性納米材料表面自由能較大，再加上其強(qiáng)磁偶極矩之間相互作用，容易發(fā)生團(tuán)聚[13-14]。將金納米與磁性納米結(jié)合為磁性金納米復(fù)合材料，使之兼具二者的特性，既能同時(shí)具備磁性以及等離子共振特性，也彌補(bǔ)了單一材料的不足，在生物傳感器、催化反應(yīng)、影像診斷、納米載藥、光熱治療以及作為診療一體劑等方面豐富和拓寬了納米材料的應(yīng)用[15-17]。本文主要綜述磁性金納米復(fù)合物的制備及其在疾病診療中應(yīng)用的研究進(jìn)展。

1 磁性金納米復(fù)合物的種類與合成方法

磁性金納米復(fù)合物具有多種多樣的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，以核殼型磁性金納米最為常見。通常按照其形態(tài)可分為球形、啞鈴形、棒狀、多面立方體形及花形等等。不同構(gòu)象的磁性金納米復(fù)合物可以用不同的方法合成，常用的合成方法包括：種子生長(zhǎng)法、微乳液法、自組裝法、化學(xué)還原法等[18]。

球形核殼型磁性金納米是最常見的磁性金納米結(jié)構(gòu)，其制備方法多以合成的磁性納米為核心，然后通過種子生長(zhǎng)或者氧化還原反應(yīng)來介導(dǎo)金殼的生長(zhǎng)和合成[18]。由于納米顆粒比表面積較大，表面活性高，易發(fā)生團(tuán)聚和氧化，因而在合成過程中常常需要對(duì)其表面進(jìn)行再修飾。Li等[19]以種子生長(zhǎng)法制備了在體內(nèi)可降解的球形磁核金殼納米粒。而Danafar等[20]則是利用化學(xué)還原法，用Au3+使合成好的Fe3O4納米粒表面被還原，形成球形的磁性金納米粒。

此外，還可利用自組裝法使修飾后的磁性納米顆粒和金納米顆粒通過某些反應(yīng)自組裝為球形核殼型磁性金納米顆粒，譬如利用點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，用疊氮末端修飾的四氧化三鐵(Fe3O4@Dop-PEG-N3)和炔基末端修飾的納米金(Au@S2—PEG-C≡CH)在Cu(I)的催化下合成的磁性金納米復(fù)合物[21]；以及使用帶正電的聚醚酰亞胺修飾的磁性納米粒(MagNPs@SiO2@PEI)與帶負(fù)電的聚苯乙烯磺酸鈉修飾的納米金粒子(AuNRs@PSS)通過靜電作用組裝成為同時(shí)具有磁性和表面等離子共振效應(yīng)的磁性金納米顆粒[22]。

除了傳統(tǒng)的球形磁性金納米之外，還有許多其他形狀的磁性金納米復(fù)合物，其中一種啞鈴狀磁性金納米就是利用五羰基鐵[Fe(CO)5]在金納米粒的表面通過氧化分解的方法[23]合成的。而Li等[24]則用熱分解法合成了可調(diào)諧的八面體四氧化三鐵納米，在多聚賴氨酸的介導(dǎo)下將氯金酸在氧化鐵納米的表面還原成金納米，最終得到了三-八面體的磁性金納米復(fù)合物。Huang等[25]則是通過在粗糙的γ-Fe2O3納米表面通過氧化還原反應(yīng)形成金殼，產(chǎn)出了花形的磁性金納米顆粒。

除上述磁核金殼型結(jié)構(gòu)以外，Li等[23]用自組裝法合成了金核磁殼的棒狀磁性金納米復(fù)合物，并通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的濃度，來保持氧化鐵在金納米棒上生長(zhǎng)，同時(shí)控制反應(yīng)生成的氧化鐵種類，調(diào)節(jié)鐵殼層厚。

2 磁性金納米復(fù)合物的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

磁性金納米復(fù)合物兼具了金納米及磁性納米的特性，作為生物傳感器、顯像診斷劑、載藥納米、光熱治療材料以及診療一體劑被廣泛應(yīng)用于以腫瘤為主的多種疾病的診療中[26-30]。

2.1 磁性金納米復(fù)合物用于生物傳感器

在納米生物傳感器飛速發(fā)展的近些年，磁性金納米復(fù)合物大放異彩，在核酸、特定蛋白、病毒和血液樣本中特定細(xì)胞等的檢測(cè)中展現(xiàn)了巨大的潛力[31-33]。

Zhang等[28]依靠靜電作用，將帶負(fù)電的四氧化三鐵納米吸附于帶正電的金納米棒上，合成了磁性金納米復(fù)合物，并用磁鐵將磁性金納米棒固定在表面等離子共振傳感器上，可以檢測(cè)到濃度低至0.15 μg/mL的小鼠IgG，遠(yuǎn)低于使用巰基丙酸可檢測(cè)到的2.5 μg/mL的小鼠IgG濃度。Oh等[32]則創(chuàng)建了基于復(fù)合磁性金納米材料的納米酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)法，成功將對(duì)流感病毒的檢測(cè)濃度閾值，由5.0×10-12g/mL提升到了44.2×10-15g/mL。

2.2 磁性金納米復(fù)合物用于影像診斷

許多在一定條件下合成與修飾的磁性金納米復(fù)合物可用于多種不同成像方法下的影像診斷，譬如在拉曼成像中通過表面粗糙的金殼提高其表面增強(qiáng)拉曼信號(hào)[34]；或是在光聲成像中利用金納米優(yōu)異的表面等離子體共振效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)其光聲信號(hào)的增強(qiáng)[19]；以及在MRI成像中通過點(diǎn)擊化學(xué)合成的磁性金納米復(fù)合物增強(qiáng)其橫向弛豫時(shí)間，使其在T1與T2梯度回波序列中對(duì)比增強(qiáng)效應(yīng)更為明顯[35]；亦可在核素成像中利用磁性金納米材料易于修飾的表面活性，用放射性核素標(biāo)記磁性金納米[36]。

Liu等[37]合成的磁性金納米復(fù)合物通過尾靜脈注入荷瘤小鼠24 h后，用808 nm波長(zhǎng)的激光照射腫瘤部位，腫瘤區(qū)域的光聲信號(hào)超過了背景信號(hào)的5倍，并可在融合圖像上清晰地觀察到整個(gè)腫瘤區(qū)域的顯像。

田樹平等[38]利用納米金磁微粒抗體固定化試劑盒(GoldMag TM-CS)將環(huán)狀精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸多肽c(RGDfK)連接到磁性金納米表面，并用標(biāo)記好的納米實(shí)現(xiàn)了對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞體外MRI顯像。與陰性組和空白組相比，實(shí)驗(yàn)組T2信號(hào)明顯降低，證實(shí)了磁性金納米復(fù)合物靶向腫瘤新生血管生成的潛力。Kumagai等[39]合成了聚乙二醇修飾的磁性金納米作為腫瘤磁共振顯像的對(duì)比劑。在小鼠結(jié)腸癌皮下瘤模型中，生物分布實(shí)驗(yàn)顯示磁性金納米粒在腫瘤中的攝取達(dá)到16%ID/g，與肝臟攝取的比值超過0.9，活體顯像中小鼠結(jié)腸癌皮下瘤模型與胰腺癌原位模型均可觀察到腫瘤區(qū)域的T2高信號(hào)，與周圍組織較低信號(hào)形成明顯的對(duì)比。

PET/MRI作為分子影像學(xué)最前沿的融合成像技術(shù)之一，其探針的研發(fā)與合成一直備受各個(gè)學(xué)科的關(guān)注[40]。Yang等[41]合成的高親和力抗體修飾磁性金納米復(fù)合物，既具有四氧化三鐵的超順磁性，可用作磁共振T2WI(T2加權(quán)成像)的對(duì)比劑，又可用Cu64標(biāo)記該磁性金納米復(fù)合物，用于PET顯像，在陽性荷瘤小鼠的腫瘤部位探針攝取超過5% ID/g；且該磁性金納米可進(jìn)一步用于一體化PET/MRI成像探針的研究。

2.3 磁性金納米復(fù)合物用于納米載藥化療與磁場(chǎng)導(dǎo)向的光熱治療

磁性金納米復(fù)合物因其具有較大的比表面積與活潑的表面性質(zhì)，合適的多層結(jié)構(gòu)，還有一定的磁導(dǎo)向能力，在各種治療用納米材料中有著獨(dú)特的地位。與傳統(tǒng)的載藥化療方法相比，磁性金納米載藥系統(tǒng)的多層殼核結(jié)構(gòu)提供了更廣闊的空間以用于胡蘿卜硫素、姜黃素、阿霉素、布洛芬等藥物的裝載。前述[20]以氧化鐵為核心表面包被金納米顆粒合成的載藥磁性金納米胡蘿卜硫素復(fù)合物(Fe3O4@Au NPs@SF)與載藥磁性金納米姜黃素復(fù)合物(Fe3O4@Au NPs@CUR)與相同化療藥量的游離胡蘿卜硫素及姜黃素相比，其細(xì)胞致死率與細(xì)胞凋亡水平得到大幅提升，在SK-BR-3乳腺癌細(xì)胞系中，通過MTT法與流式細(xì)胞術(shù)均可證明載藥磁性金納米復(fù)合物對(duì)腫瘤細(xì)胞有更強(qiáng)的殺傷力。

對(duì)于一些特定疾病，如肺部疾病，通過常規(guī)的給藥方法難以有效到達(dá)預(yù)期靶點(diǎn)，構(gòu)建合適的納米復(fù)合體并通過適當(dāng)?shù)耐緩浇o藥能夠顯著提升治療的效率。Silva等[42]利用了多聚物層狀沉淀組裝的方法，構(gòu)建了磁殼金核的“草莓樣”磁性金納米粒子，然后用殼聚糖微粒包裹磁性納米粒子和布洛芬，制成能在酸性條件下解離超過80%有效成分的霧化吸入劑，以期用于治療哮喘等肺部疾病。

除了裝載化療藥物外，磁性金納米材料還被用于磁場(chǎng)導(dǎo)向的光熱治療。Redolfi Riva等[22]合成的磁性金納米顆粒(PlasMag)在用血清蛋白包裹之后提高了其穩(wěn)定性，利用外部磁場(chǎng)引導(dǎo)PlasMag溶液中納米復(fù)合物的聚積并給予808 nm激光照射，在納米復(fù)合物聚積部位的正中心溫度在極短時(shí)間內(nèi)即可從不到30 ℃迅速升高到超過100 ℃。PlasMag復(fù)合物不僅可以用來進(jìn)行光熱治療，其磁化曲線還表明其屬于超順磁性物質(zhì)，也是用于T2加權(quán)MRI的良好對(duì)比劑。

Liang等[43]采用外部磁場(chǎng)引導(dǎo)，在4T1乳腺癌小鼠皮下瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移模型中，將轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中磁性金納米復(fù)合物攝取率從未施加磁場(chǎng)引導(dǎo)下的不到0.5% ID/g提高到施加外磁場(chǎng)后的2% ID/g以上；并在隨后的光熱治療實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)在每組荷瘤小鼠都進(jìn)行腫瘤原位光熱治療的基礎(chǔ)上，有外加磁場(chǎng)的引導(dǎo)并進(jìn)行了光熱治療的荷瘤小鼠平均生存期明顯長(zhǎng)于沒有施加外部磁場(chǎng)的對(duì)照組。

2.4 磁性金納米復(fù)合物用于診斷治療一體化

診斷治療劑(theranostic)指的是能夠?qū)崿F(xiàn)將診斷與治療結(jié)合于一體的一種材料[44]。而磁性金納米復(fù)合物兼有兩種納米材料的特性，能夠作為多種藥物與顯像劑的載體，既可以完成MRI成像引導(dǎo)下的光熱治療，也能在外加磁場(chǎng)導(dǎo)向下完成激光激發(fā)的藥物釋放與成像，是作為診斷治療劑極佳的材料之一[45]。

反義miRNA能抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)激活的癌基因。利用腫瘤細(xì)胞源性的胞外囊泡作為載體，結(jié)合磁性金納米材料與反義miRNA構(gòu)建的診療一體化平臺(tái)[46]，不僅在體外實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了基因治療與光熱治療聯(lián)合治療的良好療效，也在體內(nèi)磁共振成像中觀察到腫瘤區(qū)域T2信號(hào)的明顯降低，同時(shí)還觀察到了納米復(fù)合物與阿霉素聯(lián)用對(duì)荷瘤鼠腫瘤生長(zhǎng)的明顯抑制。

為了降低長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間所帶來的毒性，Ma等[47]研究了可降解的多聚氨基酸-磁性金納米復(fù)合物，這種磁性金納米復(fù)合物在類似體液的環(huán)境下4 d內(nèi)即可降解為不超過3 nm的產(chǎn)物。該團(tuán)隊(duì)利用這種材料完成了對(duì)荷瘤小鼠在體的MRI、CT和光聲的三模態(tài)成像，且用其內(nèi)包載的阿霉素與材料的光熱效應(yīng)對(duì)模型鼠進(jìn)行聯(lián)合治療，對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)起到了良好的抑制效果。

前述Li等[24]合成的三-八面體核殼介孔磁性金納米復(fù)合物，被應(yīng)用于磁場(chǎng)導(dǎo)向、近紅外激發(fā)釋藥的診斷治療平臺(tái)。注射磁性金納米后，可在磁共振T2加權(quán)像中觀察到腫瘤區(qū)域的信號(hào)變化，腫瘤區(qū)域的外加磁場(chǎng)可以明顯加強(qiáng)這一信號(hào)變化。在對(duì)荷瘤小鼠的治療實(shí)驗(yàn)中，在磁場(chǎng)引導(dǎo)下，同時(shí)進(jìn)行光熱治療以及光激發(fā)阿霉素釋放化療的實(shí)驗(yàn)組，腫瘤體積較單一療法均明顯減小。

不僅此類三-八面體的磁性金納米可用作腫瘤診斷治療劑，還有多種特殊結(jié)構(gòu)的磁性金納米粒譬如可用于腫瘤細(xì)胞MRI與熒光成像合并光熱治療的磁性金納米玫瑰[48]、可被腫瘤區(qū)域高濃度谷胱甘肽調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)MRI T2加權(quán)成像以及引導(dǎo)光熱治療的磁性金納米花環(huán)[37]等被用于實(shí)現(xiàn)診斷顯像與治療的一體化。

2.5 面臨的問題及挑戰(zhàn)

盡管在疾病的診斷和治療領(lǐng)域取得了令人振奮的進(jìn)展，磁性金納米復(fù)合物仍然和其他諸多納米材料面臨著類似的問題。相較其基礎(chǔ)研究，鮮有納米材料在臨床轉(zhuǎn)化的道路上走得更遠(yuǎn)，究其原因主要是由于納米材料潛在的毒性[49]及其在體內(nèi)較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間，導(dǎo)致新型納米材料進(jìn)一步的應(yīng)用被限制了[50]。而對(duì)于磁性金納米材料，由于氧化鐵納米本身具有的毒性與合成過程中加入的其他難以徹底去除的部分毒性有機(jī)材料，就更需要對(duì)其在正常組織器官的生物分布、循環(huán)及清除進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估。同時(shí)，控制達(dá)成治療的刺激因素以期達(dá)到“受益/損害最大化效應(yīng)”也值得更進(jìn)一步研究與探討[51]。

3 展望

在納米材料發(fā)展如火如荼的21世紀(jì)，磁性金納米復(fù)合物因同時(shí)具有磁性與表面等離子共振的特性，做到了既可以利用外磁場(chǎng)顯示和引導(dǎo)復(fù)合物在體內(nèi)的分布與代謝，也能充分應(yīng)用表面等離子共振特性來進(jìn)行光聲成像以及光熱治療，還能夠加以修飾增強(qiáng)靶向性和實(shí)現(xiàn)裝載藥物的控釋，在納米醫(yī)藥的各個(gè)層面大放異彩。隨著納米材料合成技術(shù)的不斷提高，可以期待新一代的磁性金納米材料，通過可控的制備與修飾，達(dá)到對(duì)靶點(diǎn)的精準(zhǔn)定位和高分辨成像，用同一種載體指導(dǎo)和完成個(gè)體化多方式治療，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單平臺(tái)多模塊的納米材料的應(yīng)用。