负载吲哚菁绿纳米材料在肿瘤诊断和治疗中的研究进展

韩翠平 杭银辉 张杜娟 丁佳正 王克英

[摘要] 吲哚菁绿（ICG）是一种生物相容性优良的近红外荧光染料，可应用于肿瘤成像诊断和光热联合治疗等多个领域。但其有限的稳定性、快速代谢性和低细胞摄取率等缺陷限制了它的高效应用。纳米技术的快速发展为此提供了解决平台。负载ICG的多功能纳米材料在控释药物、提高药物生物稳定性、利用度和增强药物输送的靶向性等方面具有诸多优势，在肿瘤早期诊疗领域有较大的应用前景。本文对负载ICG纳米材料性能与特点，及其在肿瘤的多模式成像诊断、联合治疗以及多模式成像指导下的联合治疗方面的最新研究进展作一综述，以期为进一步研究提供参考。

[关键词] 吲哚菁绿；纳米材料；成像；治疗

[中图分类号] R730 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）06（b）-0025-04

[Abstract] Indocyanine green （ICG） is a biocompatible near-infrared fluorescent dye that can be used in many fields such as tumor imaging and potothermal therapy. But its low stability， rapid metabolism and low cell uptake limited its efficient use. The rapid development of nanotechnology provids a solution platform for this problem. Multifunctional ICG-loaded nanomaterials have many advantages in controlling the release of drugs， improving the biological stability of drugs， enhancing the availability and targeting of drug delivery， etc. It has great application prospect in the field of early diagnosis and treatment of tumor. In this paper， the properties and characteristics of ICG-loaded nanomaterials are summarized， and their latest research progress in the field of multi-modal imaging diagnosis， combined therapy and combined therapy under the guidance of multi-modal imaging application is reviewed.

[Key words] Indocyanine green； Nanomaterials； Imaging； Therapy

吲哚菁绿（ICG）是被美国药物管理局（FDA）批准用于临床的近红外（NIR）荧光染料。因其光学特性和良好的生物相容性，被作为造影剂应用于荧光成像和光声成像。同时，ICG分子能够强烈地吸收近红外光，将之转化为热能和单线态氧，可作为有效的热辅助治疗手段[1-3]。但ICG在水中稳定性差、体内清除较快（血液半衰期2～4 min）及细胞摄取率低等缺陷限制了它在诊疗方面的应用[4]。近年来，纳米技术的快速发展为这一问题的解决提供技术支持。纳米材料通过增强渗透性和保留性（EPR）效果及延长血液循环时间，对肿瘤部位具有良好的被动靶向能力，为有效抗击癌症提供了更多的机会[5]。其中纳米药物载体为纳米技术与药剂学最直接的产物，在控释药物、提高药物生物稳定性、利用度和引导多模态诊疗方法等领域具有诸多优势，为ICG分子的广泛应用提供平台[6-7]。

1 负载ICG纳米材料的性能与特点

1.1 控释药物、增强药物稳定性和给药靶向性

负载ICG纳米材料在控释药物、增强药物稳定性、给药靶向性和提高药物利用度等方面有优势。Huang等[8]报道了一种新型药物递送系统，由酪蛋白（CN）逐层包被氧化铁纳米粒子，并将阿霉素（DOX）和ICG分子掺入内部聚合物层中，得到的纳米药物（CN-DOX/ICG-IO）可以在胃酸与胃蛋白酶的条件中稳定存在。同时，CN外层在模拟肠环境中被肠蛋白酶逐渐降解时，装载的药物被释放。这种药物递送系统能够很好地控释和缓释药物，具有运输稳定性和给药靶向性，为纳米药物载体的广泛应用打下基础。环境响应性纳米药物载体是研究中的一项热点[9]。Lajunen等[10]用水性核心中含有ICG分子的脂质体实现了光触发药物释放。ICG分子在脂质体中作为光触发剂具有良好的组织渗透性和安全性，对小分子和大型分子药物的光控药物释放和高效递送提供了参考。Liu等[11]研究的新型纳米平台（GNS@CaCO3/ICG），用碳酸钙作为pH响应剂实现局部肿瘤的高效触发药物释放，在临床抗肿瘤治疗应用中有很大的前景。Ferrauto等[12]将ICG封装在MCM-41介孔二氧化硅纳米粒子孔内（ICG-MSN），有效稳定ICG分子并减少了细胞毒性和巨噬细胞的摄取，有利于长期光声成像。由于荧光猝灭和包封染料的高光热转换，ICG-MSNs的光声效应与游离ICG分子相比，几乎增加400%。

可见，负载ICG纳米材料不仅能够提高ICG分子的稳定性，同时能够调节其体内循环和分布，提高ICG分子的诊疗效应，使其在生物医学、疾病诊断及治疗方面的应用愈渐广泛。

1.2放大ICG的荧光成像效应和光热治疗效果

负载ICG纳米材料对ICG分子的成像及光熱治疗效应具有增强及放大作用。Jian等[13]开发了封装ICG的混合聚合物纳米胶束（PNMS），其中PEI10k（10 kD）可以与ICG形成高度稳定和致密的复合物（ICG/PEI10k），显著促进细胞对ICG的摄取，从而增强ICG的光热转换效应。Hill等[14]展示了透明质酸（HLA）衍生的一系列纳米粒子包埋吲哚菁绿（NanoICG）。在移植MDA-MB-231肿瘤的异种鼠模体内进行手术，用NanoICG荧光图像引导，观察到肿瘤中的强荧光增强系统和全动物成像系统，对比度明显高于游离ICG。Hu等[15]使用聚多巴胺（PDA）还原的氧化石墨烯（rGO）负载ICG合成一种新型的光学药物纳米剂（ICG-PDA-rGO）。rGO表面上的PDA层可以有效地吸收大量的ICG分子，猝灭ICG的荧光，并增强PDA-rGO在780 nm处的光学吸收，所获得的ICG-PDA-rGO与纯GO和PDA-rGO相比，表现出更强的光热疗法（PTT）和更高的光声成像效应。

1.3 引导精确成像和激活癌细胞疗法

负载ICG纳米材料可以引导多模式成像，并激活光热联合疗法。磁性纳米粒子负载ICG分子的新型多功能肿瘤靶向治疗平台是目前研究的一个热点，与独立ICG相比，不仅显示出明显改善的光稳定性和光热转换效果，同时拥有优异的磁性，可达到NIRF/MR双模式成像和有效的体外和体内PTT疗效[16]。Li等[17]设计了一种新型绿色多功能活化纳米平台，由稳定的碳球（CSs）作为核心，表面提供生物相容的PDA外壳、高荧光猝灭效率的ICG分子和用于靶向癌细胞的叶酸分子。在细胞内环境中激活的NIR荧光使CSs PDA-FA@ICG成为一个敏感的“OFF”到“ON”纳米探针，可用于近红外成像。与单独的ICG相比，CS @PDA- FA@ICG在单一NIR激光照射下可以诱导协同光动力疗法（PDT）和PTT，为促进癌症的准确诊断和增强治疗效果提供了新的机会。

2 负载ICG纳米材料在肿瘤诊疗中的研究现状

负载ICG纳米材料支持肿瘤的多模式成像和PTT、PDT、光化学联合治疗等，有效避免了诊断和治疗过程中产生的时空差异性，提高成像诊断效率，增强治疗效果的同时减少了药物的毒副作用，提高了癌症早期诊断和治疗的效率。

2.1 多模式成像诊断——荧光成像、光声成像与磁共振成像

传统的成像方法在诊断小于10 mm和/或没有典型的富血管特征肝癌方面遇到挑战[18]。新兴的光声成像技术具有深入渗透和高空间分辨率成像能力，可以为非侵入性肝癌提供更好的诊断功效[19]。同时，近红外荧光成像引导肝切除术被证明能够在毫米级别识别结节[20]。因此，有效的光声和荧光双模态成像探针可能有益于患者的早期诊断和微小结节的切除[21]。这种新型的双模态纳米探针有望用于肝癌的早期诊断和治疗，具有较大的临床转化前景。Huang等[22]组建的铁蛋白纳米盒协同荧光和光声成像也证明了这一点。

NIRF/MR双模式成像在肿瘤的精确成像诊断方面也是一大助力。树突状细胞（DC）迁移到淋巴结是以DC为基础的肿瘤免疫治疗的一个关键组成部分[23]。然而，DC对淋巴组织的归巢率很低，从而阻碍DC介导抗原特异性T细胞的活化。Lei等[24]使用一个荧光磁体纳米粒子负载抗原肽，氧化铁纳米粒子和ICG并结合磁拉力系统，通过同时光学和磁共振多模式成像跟踪DC迁移，提高其对淋巴组织的归巢率，增强了肿瘤免疫治疗。

2.2 联合治疗——光热、光动力与光化学治疗

组合疗法是目前肿瘤治疗的一种趋势，用不同的方法联合治疗肿瘤，可以有效改善效果并减少副作用。多功能纳米药物载体是组合疗法的理想材料。基于ICG纳米材料的联合治疗系统在肿瘤治疗中是一个有前景的平台。负载ICG分子的纳米颗粒同时整合化疗药物DOX，在激光照射下，触发DOX释放，协同光化学治疗，是目前广泛研究的一种组合疗法[25-26]。近年來，乳腺癌在年轻女性中的发病率逐年上升，成为一大隐忧。Chen等[27]设计了一种类似“Abraxane”的纳米药物，通过光热化疗联合治疗转移性乳腺肿瘤。Li等[28]研究构建了共同装载多西紫杉醇和NIR染料-IR820的胶束纳米药物，将PTT、PDT疗法和化疗有效地结合起来抑制乳腺癌的生长和转移，在肿瘤成像或体内外PDT/PTT的抗肿瘤治疗应用中有很大的潜力，有望用于乳腺癌联合治疗。

2.3 多模式成像指导下的联合治疗

诊断的同时进行治疗被认为是临床癌症早期诊疗的一项十分有前景的策略。其中多模式成像指导下的肿瘤联合治疗是一种趋势。Dong等[29]开发了一个基于PDA纳米粒子的多功能载体，同时负载ICG分子、DOX分子和锰离子（PDA-ICG-PEG/DOX（Mn）），螯合二价锰离子作为T1加权磁共振成像的对比剂，实现成像引导的化学和光热联合治疗癌症，达到显著的协同治疗效果。这项研究说明了纳米材料可以作为磁共振成像指导化疗和光热联合疗法的多功能平台。Fang等[30]开发了一个基于分层纳米平台的双刺激响应式纳米诊断技术，能够特别响应两种pH变化的刺激和近红外光照射。纳米平台负载多模式成像如荧光、光声、光热成像以及协同疗法和化疗，显著地增强治疗效果。这种分级纳米平台的概念整合多种诊断/治疗模式于一体，可作为潜在的个性化纳米药物应用于肿瘤的诊断和治疗。

3 小结与展望

负载ICG纳米材料在肿瘤诊断与治疗应用中拥有巨大的潜力，作为可负载药物的多功能纳米平台，在提高药物生物稳定性、利用度和靶向输送药物等多方面存在优势，为双模态成像、联合治疗和多模式成像指导下的联合治疗等方法提供理论平台和实践基础，使诊疗渐趋向于一体化，有效避免时空差异性和减少多种毒副作用，使肿瘤的诊疗更为精准、有效，有望实现分子水平的更彻底的肿瘤消融。

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