刘庆祖，杨慧恺，刘建恒，毛克亚

解放军总医院第一医学中心，北京 100853 1骨科；2麻醉科

目前临床上肿瘤的治疗方式主要为手术、放疗、化疗三种[1-2]。手术治疗通常不能彻底切除肿瘤。化疗药物系统使用在作用部位有效浓度较低，因此需要大剂量用药，对肝肾造成不同程度的损害[3-5]。提高化疗药物的靶向性，增加其在肿瘤部位蓄积，是提高抗肿瘤药物药效和减轻不良反应的核心[6]。近年来，纳米技术发展迅速，磁性纳米颗粒由于其独特的性质，已广泛应用于生物医学与临床研究，包括磁靶向给药、肿瘤的磁过热疗法以及肿瘤的免疫治疗等方面[7-10]。本文针对磁性纳米颗粒表征以及其在肿瘤靶向治疗方面的研究进展进行综述并对其应用前景作出展望。

1 磁性纳米颗粒的表征和修饰

纳米颗粒尺寸极其微小，具有独特的特点。超顺磁性铁氧纳米颗粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticles，SPIONs)是特殊的纳米材料，粒径为1～100 nm[11]。由于其磁响应性高、比表面积大、生物相容性好、毒性低而广泛应用于生物医学和临床研究。但其在液态环境容易聚合纳米团块导致其分散性与生物相容性变差[12]。SPIONs表面带正电荷，易吸附机体内蛋白，易被单核吞噬细胞系统 (mononeuclear phagocyte system，MPS)所吞噬[13]。为了使纳米颗粒在机体内稳定存在，增长其有效循环时间，研究人员对磁性纳米颗粒进行了表面修饰，将纳米颗粒设计成不同的壳核结构(图1)，即以SPIONs为核心，在纳米颗粒周围包裹聚合物[14]。

图1 磁性纳米颗粒的表面修饰Fig. 1 Surface modif i cation of magnetic nanoparticles

理想的修饰材料(如聚乙二醇)为两亲性分子，疏水端对颗粒有较高的亲和力，亲水端可以提升磁性纳米颗粒在液态环境下的分散性以及水溶性，并降低颗粒的毒性进而提高生物相容性。目前用于修饰磁性纳米材料主要有两类：天然生物大分子与合成高分子[15-16]。天然生物大分子包括葡聚糖、壳聚糖、琼脂糖等；合成高分子包括聚乙二醇、聚乙烯醇等。对纳米颗粒进行表面修饰，可以改变颗粒的粒径、形态，相应地可改善颗粒细胞毒性、生物相容性。修饰材料所携带的羟基可以与抗体、凝集素、叶酸、蛋白多肽、激素、核苷酸、生物素等特异性结合，在外加磁场的作用下实现药物的靶向运输，减少了药物的不良反应[17-24]。

2 磁性纳米颗粒应用于肿瘤靶向化疗研究

传统的化疗药物采用静脉给药方式通过血液循环最终作用于全身各个脏器，由于缺乏对肿瘤部位的特异性，往往需要较大的剂量才能有效杀灭肿瘤。所以，化疗药物在杀灭肿瘤的同时，对人体组织也造成巨大伤害[25]。近年来，科研人员致力于研发可以将药物靶向送至作用部位的介质，提高化疗药物在肿瘤部位的分布。随着纳米技术在生物医学的应用，科研人员构建了磁性纳米颗粒载药系统，将化疗药物偶连在经过表面修饰的纳米颗粒表面或者内部[26-27]。通过外加交变磁场，增强的药物的渗透性和滞留效应(enhanced permeability and retention effect，EPR)允许更多药物在肿瘤处蓄积[28]。目前纳米颗粒搭载化疗药物研究较多的是阿霉素、顺铂、紫杉醇和喜树碱等。常娟娟等[29]分别使用壳聚糖、聚乙二醇对磁性纳米颗粒(粒径为10±0.2 nm的Fe3O4)进行修饰改性并作为药物载体，成功搭载阿霉素，测得药物释放性能良好，并测得载药系统可明显抑制K150癌细胞的增殖。Cheng等[30]报道了使用明胶包裹Fe3O4纳米粒子，搭载低毒的铂Ⅳ(platinum，PtⅣ)前体药物，并通过在细胞环境内释放铂Ⅱ(platinum，PtⅡ)整合胰酶降解明胶进一步提高抗癌效果。Tian等[31]报道了使用聚乙二醇-赖氨酸-油 酸 (polyethylene glycol-lysine-Oleic acid，PLO，mPEG-Lys-OA2)包裹磁性纳米颗粒，搭载紫杉醇构建紫杉醇-磁性纳米颗粒-聚乙二醇-赖氨酸-油酸(paclitaxel-magnetic nanoparticals-polyethylene glycol-lysine-Oleic acid，PTX-MNPs-PLO)系 统，研究去体内分布以及药物动力学显示PTX-MNPs-PLO系统比单纯的紫杉醇的循环时间更长，表明了磁性纳米颗粒靶向给药的应用前景。喜树碱具有广谱的抗肿瘤活性，但是其水溶性以及化学稳定性较差。Allam等[32]报道了使用二棕榈酰磷脂酰胆碱和1,2-棕榈酰磷脂酰甘油修饰超顺磁性Fe3O4纳米并搭载喜树碱构建了磁性纳米颗粒载药系统。在42℃(临床热疗所要求的温度)下药物释放的速度明显加快。表明包裹了热敏性磷脂的SPIONs能够负载高度亲脂性和化学不稳定的化疗药物。

3 磁性纳米颗粒用于肿瘤热疗研究

肿瘤组织的血管神经发育不良，因此供氧不足，导致散热功能较差，对41℃～ 45℃的温度较为敏感，而正常细胞可以耐受更高的温度。因此可通过加热对肿瘤细胞造成不可逆损伤，从而达到消灭肿瘤的目的[33]。现代的热疗多用微波、超声对肿瘤病灶进行局部热疗，但是由于靶向性不足，破坏肿瘤组织的同时，也导致正常组织受到损伤。与正常血管系统相比，肿瘤血管壁间隙较宽、结构完整性差，淋巴回流缺失，造成大分子类物质和脂质颗粒具有选择性、高通透性和滞留性，这种效应使纳米粒子更容易穿过渗漏和高通透性的毛细血管，通过网状血管内皮系统转运至肿瘤细胞内部，达到增强热消融疗效或介导热疗的目的，同时纳米粒子可将药物在细胞或亚细胞水平释放，进而增强药物疗效并降低毒性[34]。1957年Glichrist等[35]首先提出磁热疗的概念。使得更多科研人员的目光转向磁热疗方向，促进磁性纳米颗粒在热疗方面的迅速发展。磁热疗通过将磁性纳米材料植入肿瘤组织中并通过外界交变磁场的作用实现肿瘤组织局部的温度升高，可用于深部肿瘤的治疗[36]。Avazzadeh等[37]研发了偶联HER2抗体的磁性右旋糖酐-精胺纳米颗粒(ADMNPs)用于对乳腺癌细胞的体外实验，在交变磁场(alternating magnetic field，AMF)下，对乳腺癌细胞(SKBR3)和成纤维细胞进行热疗，具有良好靶向能力和升温能力的ADMNPs组可杀死65%的癌细胞，且未对正常成纤维细胞造成影响。表明ADMNPs在体外热疗治疗乳腺癌具有巨大的潜力。Babincová等[38]将磁热疗和化疗药物靶向递送结合治疗胶质瘤，使用温敏磁性脂质体包裹超顺磁性氧化铁纳米颗粒和阿霉素系统，在AMF下对大鼠C6神经胶质瘤进行体外和体内试验。研究结果表明，磁性靶向药物具有较强的抗胶质瘤效应，肿瘤生长受到抑制并完全消退，表明这种靶向递送和控制释放抗癌药以及磁热疗结合的方式具有较大的临床应用潜力。He等[39]已经合成了粒径为22 nm的Zn0.3Fe2.7O4纳米颗粒，该纳米颗粒在AMF下3 min可升温至43℃，将该粒子与骨肉瘤细胞暴露于交流电场(AC Field)10 min，早期导致了79.35%的肿瘤细胞凋亡，晚期导致了9.83%的肿瘤细胞凋亡，表现出了对肿瘤细胞的杀伤作用，该纳米粒子的出现极大程度地促进了磁热疗的发展。Fe3O4-MNP是被美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准应用于临床的磁性纳米材料。Johannsen等[40]对10例前列腺癌复发且没有发生转移患者的前列腺注射磁性纳米颗粒分散体，在AMF下每周治疗6次，每次治疗60 min，治疗1年后，在患者前列腺中检测到纳米颗粒的沉积物，且8例患者的前列腺特异性抗原下降。

4 磁性纳米颗粒用于肿瘤免疫研究

肿瘤患者大部分免疫功能较差，机体相对处于免疫功能抑制状态。相关研究表明，对肿瘤部位进行热疗，可引起抗肿瘤免疫反应，对肿瘤的原发部位进行磁热疗的时，发生转移的肿瘤也会消失，这种现象被称为热疗的异位效应[41]。对肿瘤进行局部热疗时热应激的癌细胞会释放热休克蛋白(heat-shock proteins，HSP)，HSP在细胞内携带多种多肽物质形成HSP-抗原肽复合物，激活抗原呈递细胞(antigen-present cells，APC)，被细胞毒性T细胞识别，并产生特异性免疫。因此热疗可启动并促进T细胞免疫反应，热疗所引起的抗肿瘤免疫反应通常认为是细胞免疫起主要作用。咪喹莫特(imiquimod，R837)是一种强效的Toll样受体7激动剂，可以有效地激活免疫反应。研究人员使用磁性纳米颗粒搭载咪喹莫特的系统(MNP-R837)来增强抗肿瘤免疫反应[42]。Bocanegra Gondan等[10]使用粒径为5 nm的mZnSPION构建了mZnSPIONPolyIC-R837系统，联合PD-L1免疫阻断法对黑色素瘤(B16-F10)进行免疫治疗，研究显示，与游离TLR激动剂相比，mZnSPION-polyIC-R837复合物刺激BMDCs后，其释放的促炎性细胞因子IL-6和IL-12显著增加(mZnSPION-polyIC-R837 IL-6，6 ng/ml，IL-12，130 ng/ml；polyIC-R837组IL-6，3 ng/ml，IL-12，60 ng/ml)，表明可以使用低剂量获得较强抗肿瘤免疫应答与游离药物相比，通过纳米颗粒靶向给予Toll样受体激动剂可增强抗肿瘤免疫。

5 结语

磁性纳米颗粒在生物医学研究中快速发展，但重点问题仍需要解决：1)提高纳米颗粒作为药物载体的性能，即提高磁性纳米颗粒载药制备过程中药物的载药率、包封率；2)提高磁性纳米颗粒在体内的饱和磁化强度、稳定性及磁靶向性。当前已可合成粒径合适、生物相容性良好、毒性低的纳米颗粒，用于靶向递送化疗药物、磁热疗和肿瘤免疫，在肿瘤治疗方面表现出了巨大的应用潜力。虽然在短期内难以像手术、放化疗一样成为治疗肿瘤常规手段，但相信通过科研人员的深入研究，未来磁性纳米颗粒会造福肿瘤患者。