CIK细胞负载的金纳米棒用于胃癌模型的成像及治疗研究

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目的:  构建具有多模式成像及治疗功能的靶向金纳米探针,为胃癌的诊断治疗一体化提供研究基础。在荧光、光声、红外热成像三种模式下进行活体成像,应用于胃癌肿瘤动物模型对探针的靶向进行观察。其中荧光成像观察细胞因子诱导的杀伤细胞(cytokine induced killer cells,CIK cells)的主动靶向,光声成像分析金纳米棒(gold nanorod,GNR)在肿瘤部位的分布情况,红外热成像可以反映光热治疗的升温幅度。利用CIK细胞的生物免疫治疗,结合金纳米棒的光热治疗效应,建立胃癌的双重治疗模式。  方法:  1.金纳米棒的合成、修饰及表征  1.1采用经典的种子生长法,合成长径比约3~5∶1的金纳米棒。  1.2依据经典文献的方法,在碱性环境下(pH约10.0)使用正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate,TEOS)在已经合成的金纳米棒的基础上修饰硅层。  1.3利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)及透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)等对金纳米棒及包覆硅层的金纳米棒分别进行表征:测量金纳米棒长径比、二氧化硅层的厚度以及均一性。  1.4金纳米棒细胞水平的安全性评价:CCK-8试剂盒检测细胞活性、流式细胞仪检测细胞凋亡及坏死。  2.人外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)分离、培养、扩增细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK cells)。  2.1PBMC来源:实验室健康志愿者。  2.2利用淋巴细胞分离液对健康志愿者的新鲜全血进行PBMC分离。  2.3 PBMC的培养、扩增:X-VWO培养基中加入CD3单克隆抗体(CD3 mAb)、γ干扰素(γ-IFN)及自细胞介素-2(IL-2)等细胞因子刺激其扩增。  2.4流式细胞仪检测细胞表型。  3.构建靶向探针,ICP-MS定量检测CIK细胞对纳米材料的吞噬作用。  4.靶向探针细胞水平治疗作用的评价  4.1分组:(A)单纯CIK细胞生物免疫治疗组(B)靶向探针生物免疫治疗组(C)单纯CIK细胞生物免疫治疗组(808nm激光照射)(D)靶向探针双重治疗组(CIK细胞生物免疫治疗及纳米材料光热治疗)  4.2利用CCK-8试剂盒通过检测细胞活性评价上述分组的治疗效应。  5.动物水平观察靶向探针的治疗作用  5.1分组:(A)靶向探针双重治疗组(CIK细胞生物免疫治疗及纳米材料光热治疗);(B)靶向探针生物免疫治疗组;(C)单纯CIK细胞生物免疫治疗组(808nm激光照射);(D)1×PBS注射对照组(808nm激光照射)。  5.2瘤周注射后通过小动物活体荧光成像、光声成像及红外热成像观察探针靶向,待探针的荧光信号或光声信号稳定在肿瘤部位后,进行光热治疗或生物免疫治疗。  5.3离体肿瘤组织固定后,通过病理切片、HE染色评价上述分组的治疗效应。  6.统计分析:除非另有规定,文中所有数据为至少五个独立实验的平均值±SD(标准误差)。并通过t检验进行统计分析。  结果:  1.电镜结果显示,种子合成法合成的金纳米棒经TEOS修饰以后,长宽比大约3~5∶1,包覆二氧化硅层厚度均一,约10~15nm。  2.PBMC经分离、扩增后成为CIK细胞,培养至3周左右的CIK细胞在细胞数量已达到峰值,并且可执行较强的抗肿瘤作用。本实验收集培养至第18天的CIK细胞,对CIK细胞表面标志物CD3及CD56进行流式分析:其中CD3+T淋巴细胞占93.3%,CD56+T淋巴细胞占42.49%,CD3+CD56+T淋巴细胞占41.0%。  3.ICP-MS结果显示:平均每5×107个CIK细胞所吞噬金纳米棒的金含量为6.788μM。  4.上述各组细胞存活率(CCK-8结果显示):A≈B≈C>D  5.上述各组肿瘤组织坏死程度(病理切片结果显示):D> B≈C>A。  结论:  1.金纳米棒分散性良好,粒径大小较均一。细胞毒性检测结果显示金纳米棒对于效靶细胞的细胞毒性不显著,并且未影响CIK细胞对靶细胞MGC803的杀伤作用。  2.流式细胞仪分析结果显示CIK异质细胞群中主导杀伤作用的CD3+、CD56+及CD3+CD56+CIK细胞均达到质检标准,可用于对靶细胞的杀伤实验。  3.CIK细胞吞噬纳米材料定量结果表示,该生物靶向探针中金纳米棒含量能够获得治疗作用的光热效应。  4.细胞水平及动物水平的治疗实验结果反映生物靶向探针双重治疗的效果优于单纯生物治疗效果。但CIK细胞与肿瘤靶细胞相互作用的具体分子机制仍需要大量研究进一步探索。另外试验中涉及的荧光成像、光声成像及红外热成像效果均比较稳定。
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