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      癌癥基因治療應用磁性納米技術論文

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      癌癥基因治療應用磁性納米技術論文

      1磁性納米技術

      用于傳遞藥物的磁性納米粒子直徑通常為5-20nm,這些晶體一般是鐵的,最常見的是磁鐵或磁赤鐵。有幾種方法合成這些晶體,最常用的是共沉淀Fe(III)和Fe(II)。磁性納米粒子與被傳遞的基因和藥物混合封裝以促進細胞吸收。用于磁性納米技術的有聚合物、病毒和非病毒,此外,還有形成這些復合物的輸水相互作用和靜電作用。由于要靶向體內,被處理的納米復合物通過靜脈注射、動脈注射或腹腔內注射,用一個外部磁場(通常用一個小的稀土磁體)附近的目標區域以創造一個局部磁場。隨著藥物在血液中流動,磁場對帶藥的磁性納米粒子產生作用,驅動它們分布到目標組織中。與其它傳遞方法相比,磁性納米粒子對藥物的傳遞有許多優勢,它顯示出了外部磁場的反應,相對安全,用途更廣。磁性納米粒子被批準應用于臨床作為磁共振成像的造影劑已有十多年了,因此,是一種能根據病人安全性來被更好理解的納米技術。此外,磁性納米粒子與現有藥物具有廣泛的兼容性,能被用于有效傳遞各種各樣的治療藥物。

      2使用磁性納米粒子的體內基因靶向傳遞

      磁性靶向傳遞技術是1978年被首次提出來的,這種方法類似于藥物傳遞,對治療基因的傳遞有著巨大的潛力,盡管該技術的應用必須適應核酸分子的大小和電荷數。有趣的是,磁性傳遞為解決當前基因治療中的有效傳遞問題提供了很大的可能性。例如,將磁性納米粒子與基因載體混合,治療基因通過外部磁場被選擇性地輸送到腫瘤部位,增加了治療基因的濃度,同時也減少了治療基因在身體其它部位的停留。

      2.1局部給藥系統臨床試驗中腫瘤靶向給藥一直是在腫瘤內或腫瘤附近注射給藥,磁轉染在腫瘤局部給藥中有兩個可能的優勢:第一、它能增加注射部位細胞對藥物的吸收和滯留;Bhattarai等人通過直接在空腸和氣管內注射的方法向體內傳遞經過修飾的腺病毒載體表達結合了磁性納米粒子的LacZ基因,發現在磁性組中的肺部和空腸內β-半乳糖苷酶的活性明顯高于對照組。這表明在外部磁場下基因的滯留和表達都有所增強。雖然這種方法可能不適用于非侵入性腫瘤的治療,但也顯示了磁轉染有提高注射基因在腫瘤內的滯留效果的可能。在局部傳遞中磁轉染的另一個優勢就是對腫瘤的穿透性。目前的傳遞方法不能有效的將治療基因傳遞到腫瘤塊的所有區域,尤其是低氧中心,部分是由于許多腫瘤內部有復雜的脈管系統。另外,這被認為是一個進步,考慮到耐藥性的問題。已證明磁轉染粒子的局部傳遞能增加靶組織內的基因積累和基因對腫瘤內較小動脈的穿透力。Krotz等人采用靶向提睪肌的股動脈注射帶有熒光標記的寡聚脫氧核苷酸后發現磁性組的熒光強度增加,此外,在較小動脈內有很強的熒光。較小動脈內的熒光增強顯示磁靶向能增加基因和藥物的組織滲透性,說明了這種方法可能會增加經血液傳遞給腫瘤組織的基因和藥物的滲透力。

      2.2全身給藥系統全身給藥系統是研發新的傳遞技術的最終目標,因為它能被廣泛的應用于各種臨床適應癥,也方便治療。此外,小鼠的人類腫瘤移植模型提供了一種在活體內測試靶向給藥以及在外部控制磁轉染的簡單方法。盡管人類移植腫瘤能提供寶貴的信息,便于深入了解全身給藥系統的效果,但是這些模型可能大大低估了在病人體內靶向給藥的復雜性。迄今,已被驗證的磁轉染作為活體內癌癥治療最有前途的應用是在人類腫瘤移植的小鼠模型中。用磁性納米粒子-脂質體復合物傳遞熒光素酶質粒,Namiki等人發現外部有磁鐵并經過納米粒子處理的動物組有很強的熒光素酶活性,傳遞相同劑量基因的其他的對照組卻沒有明顯的表達。這個結果在腫瘤組織勻漿中的二次試驗得到證實,那個實驗是用siRNA干擾磁性組中的EGF受體,而在非磁性組中沒用siRNA。與有外部磁鐵靶向的控制組相比,對照組中腫瘤塊EGF受體的siRNA傳遞減少了50%。還有一項研究也顯示了不同的納米復合物組分與療效之間的差異。相比于之前使用的磁性復合物,新配方在非目標器官中siRNA的積累量減少10倍,提出增加配方的選擇性可以提高對器官的靶向性。這可能是由于新配方的尺寸較小的緣故。總之,這些結果都是磁轉染具有明確療效強有力的證據,除了用傳遞報告基因來證實外。單核細胞由于其具有與腫瘤細胞天然的親和力,也被用來作為癌癥治療的基因載體。一種方法是先將單核細胞在體外轉染,再經過血液注射將治療基因傳遞到腫瘤組織。這種方法雖然避免了非內源性載體引起的組織毒性,但問題一直是沒有靶向足夠數目的腫瘤細胞。Muthana等人最新的研究檢查了傳遞磁性納米粒子基因的單核細胞在腫瘤組織中的生長能力。作者發現磁性組中16.9±4.2%的腫瘤細胞表達GFP,而在非磁性組中腫瘤細胞GFP的表達大量增加,增量超過4.9±3.5%。沒有數據顯示這是否會導致單核細胞在肝臟中的減少,這項研究也沒有顯示任何治療效果,它傳遞的是一個標志基因,它證明了磁性納米粒子能被用于改善細胞作為基因載體的功能。

      3小結與展望

      對磁靶向基因治療的研究是個較新的領域,在基因治療中有很大的應用前景,但是仍然面臨許多挑戰,最重要的是配方問題。如Namiki等顯示的配方的不同能導致基因表達和選擇性方面很的變化。對外部磁場導向的優化是另一個方面,目前的方法是采用現存的磁鐵,沒有對磁鐵的強度和擺放位置進行優化。通過優化這些重要參數,基因靶向治療的效果可能會大大增強。一旦這些問題被解決,納米復合物內在的多樣化性質將會有助于產生多功能的治療。納米復合物靶向成分的增加能將治療和診斷結合起來。利用癌細胞對葉酸有較高的吸收率,將葉酸作為靶向配體以增加對癌細胞的選擇性。此外,抗體Herceptin也能被用于更好的提高選擇性。優化納米復合物的配方可能會改善目前的治療情況。綜上所述,磁靶向能增加基因治療的效果,使很有前途但目前仍受制于需要高劑量的問題得以解決。

      作者:黃琳琳張學鵬白勇袁萬博張金梅單位:華中科技大學同濟醫學院附屬荊州醫院

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