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山东第一医科大学附属省立医院泰山学者青年专家高飞团队在磁共振技术引导纳米药物治疗结肠癌中取得重要进展

近期,山东第一医科大学附属省立医院(山东省立医院)医学影像中心泰山学者青年专家高飞主任医师团队,与天津大学生命科学学院王生教授团队联合攻关,在对比增强磁共振成像技术引导纳米药物治疗结肠癌的研究中取得重要进展,成果“Programmed Size-Changeable Nanotheranostic Agents for Enhanced Imaging-Guided Chemo/Photodynamic Combination Therapy and Fast Elimination”发表在国际顶尖学术期刊Advanced Materials(IF=30.849, 1区TOP)。

肿瘤靶向给药可使纳米药物有针对性地结合致癌位点,实现肿瘤细胞的特异性死亡而不累及肿瘤周围的正常细胞。但纳米颗粒在肿瘤中的滞留时间仍不理想;刺激引发的纳米颗粒聚集虽然可以延长滞留时间,增强治疗效果,但聚集体长时间的体内滞留可能会带来高风险组织毒性。更为关键的是,如何应用磁共振成像技术对肿瘤靶向给药的治疗过程进行引导一直是多学科领域交叉的研究热点和难点。

该研究通过透射电子显微镜成像研究纳米诊疗剂响应性的粒径变化过程,实现粒径的两阶段程序性变化;通过3T磁共振成像T₂mapping序列定量纳米诊疗剂pH依赖性的磁共振信号强度,包括横向弛豫率R₂和横向弛豫时间T₂,从而得到最佳的pH值;通过小鼠结肠癌模型和T₂mapping序列,纳米诊疗剂靶向肿瘤组织并使其T₂信号明显降低,实现了肿瘤组织的特异性磁共振增强成像。在增强成像信号的引导下精准完成结肠癌的化疗/光动力联合治疗,有效地抑制了肿瘤生长。此外,治疗后纳米诊疗剂可以快速代谢,提高了纳米诊疗剂的生物安全性。

 

研究亮点

纳米诊疗剂的初始粒径为90纳米,在弱酸处理后粒径增大为超过300纳米,在光照处理后,粒径再次降解为17纳米左右的单分散颗粒,实现粒径的两阶段程序性变化。

通过3T磁共振成像T₂mapping序列定量纳米诊疗剂pH依赖性的磁共振信号强度,包括横向弛豫率R₂和横向弛豫时间T₂,得到最佳的pH值,从而在大粒径聚集体形成后实现对比增强的磁共振成像。

通过结肠癌模型小鼠的尾静脉注射纳米诊疗剂,肿瘤组织在T₂mapping序列的T₂信号明显降低,实现了肿瘤组织的特异性磁共振增强成像,并在增强成像信号的引导下精准完成结肠癌的化疗/光动力联合治疗。

 

 

研究框架图

纳米诊疗剂在到达肿瘤组织后可以通过酸性微响应性聚集来实现增强的磁共振成像,并在增强磁共振成像的引导下精准完成化疗/光动力联合治疗。治疗后聚集体快速代谢,提高纳米诊疗剂的生物安全性。

该研究不仅为增强磁共振成像技术引导肿瘤靶向给药提供了一个崭新的思路,而且为开发高生物安全性的纳米诊疗剂提出一个新的概念。医学影像介入治疗科的宗维主治医师是论文的并列第一作者,医学影像科高飞主任医师是论文的并列通讯作者,医学影像科任福欣副主任医师、李福艳主治医师是论文的共同作者。该研究得到国家自然科学基金和泰山学者建设工程基金的资助支持。

 

 

一流的平台,一流的团队

2021年4月,山东第一医科大学附属省立医院整合优势资源,成立了山东省最大的医学影像中心,在院领导及中心主任王锡明教授的带领下,不但在医学影像诊断与治疗领域保持国际先进、国内领先水平,更与生命科学、材料科学和计算机科学等进行深入的学科交叉研究与合作,取得了众多可喜的成绩。

高飞主任医师为山东大学和约翰霍普金斯大学联合培养博士,长期从事磁共振脑功能成像研究,组建了一支包含医学影像学、听力学、神经病学和心理学的多学科研究团队。团队近五年发表SCI论文(IF>3.0)32篇,其中以第一作者或通讯作者发表30分以上1篇,5分以上5篇,单篇最高被引用223次。2018年,高飞成功当选泰山学者青年专家,成为医学影像学专业首位获此称号者。

高飞主任医师主攻神经影像学,擅长磁共振波谱技术的临床应用,包括脑肿瘤的诊断及分级、脑卒中的预后评估等;与神经内科长期合作,利用多模态磁共振成像技术,在结构、功能、代谢和灌注等多个维度,构建活体人脑网络模型,为认知损害的早期诊断提供客观的影像学标记。团队与神经外科合作开展了磁共振高分辨结构成像、弥散谱成像(DSI)和脑血管成像等技术,对脑肿瘤术前一站式评估,为最大限度保护患者的语言和运动功能提供重要的影像学信息。2020年5月,高飞团队利用DSI技术精准显示额叶胶质瘤对神经纤维束的影响,成功协助了我院神经外科首次应用术中唤醒及神经电生理功能区定位监测技术切除肿瘤。