纳米技术在卵巢癌诊断与治疗中的应用

孙政 顾振鹏 丁梦凯 崔金秀 李丽雯

2 滨州医学院附属医院妇产科，山东 滨州 256600

卵巢癌是严重危害妇女健康的三大生殖系统恶性肿瘤之一，其病死率高居妇科恶性肿瘤首位，这归因于其晚期诊断性及高复发率[1]。卵巢癌常累及卵巢和大网膜，并伴有弥漫性恶性腹水及腹腔内转移[2]。现阶段卵巢癌常用的诊断指标为CA125、HE4 等，但因其特异性欠佳，往往导致诊断的滞后性，目前要实现卵巢癌的早期诊断仍较困难。卵巢癌首选的治疗方法是手术治疗，然后是化疗、生物学治疗、激素治疗、放疗等。总的来说，目前所有的治疗方法预后均欠佳，且复发率较高，这就需要更多的研究来为卵巢癌患者开发更好的治疗方案。纳米技术指研究结构尺寸在纳米级（1～100nm）材料的性质和应用，是以动态力学、量子力学为基础，结合微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术等现代技术的产物。纳米技术作为一项新兴技术在社会科学、生物医学领域有着广泛的影响，在卵巢癌诊断与治疗中逐渐发挥出重要作用，为卵巢癌的诊疗提供了新思路和新策略。

1 纳米技术在卵巢癌诊断中的应用

卵巢癌早期通常没有特定症状，晚期会出现腹胀、腹部肿块、胃肠道症状及肿瘤浸润或压迫相关症状，60%～70%的卵巢癌患者在确诊时已经处于Ⅲ～Ⅳ期或有腹腔转移。此外，晚期卵巢癌患者的存活率非常低，只有10%～30%[3]。为解决卵巢癌传统诊断方法（如放射免疫分析法、质谱法、放射免疫分析法、免疫分析法、聚合酶链反应法和酶联免疫吸附法等）存在的时间长、操作复杂、诊断滞后等问题，纳米传感器作为一种新型诊断工具出现在人们的视野中。纳米传感器将有关化合物（分析物）存在的信息转换为可评估的信号[4]，根据信号转导过程可以分为不同的类别，以下简要综述光学、电化学、纸基、巨磁阻（GMR）及多功能生物传感器识别多种卵巢癌生物标志物的研究成果。

1.1 电化学生物传感器将纳米材料纳入免疫传感器的构建，可有效提高传感器的识别分析性能。纳米材料具有电导性和电催化效应，有利于电子转移从而增强电化学信号。电化学纳米传感器能够精确地检测尿液、血液和唾液中的微量生物标记物，为识别和控制肿瘤标志物提供了高度灵敏的路径。Gazze 等[5]开发了一种丝网印刷石墨烯纳米传感器，该传感器通过聚苯胺表面沉淀制成石墨烯丝网印刷电极，与CA125 抗体结合，在0.92pg/μl～15.20ng/μl的动态范围内，检测限为0.923ng/μl，是迄今为止报道的最灵敏的CA125 检测方法。在Du 等[6]使用量子点（QD）-纳米复合材料和碳纳米管（CNT）-AuNP 共轭GCE 作为电化学纳米传感器，能够检测作为卵巢癌生物标记物的E-钙黏蛋白的显著变化。在最新的报道中，Moazampour 等[7]研发了一种无标记的基于L-半胱氨酸功能化的ZnS 量子点（Cys-ZnS QDs）的电化学传感器，可用于血浆等复杂生物样本中卵巢癌标记物miR-200a 的定量分析。电化学免疫传感器设备简单、成本低、灵敏度高，已成为一种重要的微量肿瘤标志物的定量分析方法。

1.2 光学纳米传感器光学生物传感器是一种具有生物感知特性的多功能分析工具，其基本目标是传输与确定的试剂或生物标记物成正比的信号[8]。光学生物传感器包含荧光型、化学发光型、电化学发光型及表面等离子体共振型等。Yang 等[9]使用加速技术来提高分析细胞表面糖基化的可视性，在使用CdTe 量子点作为标记的同时，通过RMC 放大法可以描绘癌细胞表面MUC1 的精确糖基化，为蛋白质糖基化的研究提供了一种可行的方法。Al-Ogaidi 等[10]开发了一种利用从化学发光共振到石墨烯QD NP 的能量转移来识别CA125 的免疫分析方法，该纳米传感器对CA125 的检测限为0.05U/ml，线性范围为0.1～600U/ml。Wang 等[11]开发了一种比率电化学发光纳米传感器，可用于识别异常的HE4。作为纳米标签的六方氮化硼纳米片（h-BN）负责吸附大量的荧光素，并在碱性状态下保持荧光素高效稳定的ECL 发射。其对于HE4 检测范围为10～10ng/ml，检出限为3.3fg/ml。

1.3 纸基生物传感器纸基生物传感器因其价廉、可重用性、生物活性和实用性等优点而备受关注。现阶段纸基生物传感器应用了多种技术，如丝网印刷、光刻和蜡印等[12～14]。Arezoo 等[15]制备了一种用于识别血清中CA125 的纸基纳米传感器。固定在石墨烯量子点和CysA-Au 纳米颗粒上的银纳米颗粒组合成基质，将抗CA125 抗体吸附于表面。在理想条件下，其线性范围为0.001～400U/ml，检测下限为0.001U/ml。在另一项研究中，Bahavarnia 等[16]报告了一种纸基纳米传感器，该传感器通过CA125纸上手写Ag/RGO 纳米墨水识别系统对卵巢癌进行初期诊断。然后，在电化学技术支持下，用半胱胺（CysA）修饰的Au NPs 重新配置纸电极。该纳米传感器的低检出限（LLOQ）为0.78U/ml，线性范围为0.78～400U/ml。

1.4 基于化学电阻或场效应晶体管的生物传感器基于化学电阻或场效应晶体管的生物传感器因其快速转导机制更适用于现场检测，获得了研究人员的广泛关注。利用纳米结构作为有吸引力的通道材料，可以提高传感器的传输能力和整体分析性能。Mansouri 等[17]基于羧化MWCNT-rGO 复合材料开发了用于CA125 测定的柔性FET 型APTA 传感器，其使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为基底，采用射频溅射法沉积源/漏金电极，铂作为栅电极，采用含有20μl 的溶液室进行测量。该传感器对CA125 具有良好的线性范围（1.0×10-9～1.0U/ml）及检测限（5.0×10-10U/ml），具有选择性、稳定性和灵活性。Bangar 等[18]证实了聚吡咯（Ppy）化学免疫传感器也可用于测定CA125。该传感器具有良好的灵敏度，在线性范围内CA125 的检测限相对较高（1～1 000U/ml）。

1.5 GMR 的生物传感器GMR 技术已被开发用于基于磁性标记目标的生物分子识别，其具有良好的灵敏度、与集成电路（ICs）的兼容性以及定量多种生物标志物浓度的潜力，并可装置于移动设备中。在GMR 生物传感器中，由于磁偶极子场被限制在每个传感器表面附近的小区域内，从而避免了相邻传感器的干扰，可实现多通路检测。Klein 等[19]报道了一种用于量化CA125 和HE4 的多路GMR 生物传感器阵列原型。每个传感器都打印了首选抗体，这些抗体在多重评估中可作为生物标志物的结合测量位点。该传感器对CA125 和HE4 分别显示出超低检出限（3.7U/ml，7.4pg/ml）。

1.6 分子印迹技术分子印迹是一种通过分子模板在聚合物中生成与目标分子高度亲和精确活性位点的技术。分子印迹聚合物（MIPs）又称交联聚合物，是一种定制材料。在纳米结构修饰电极表面沉积MIPs 可提高生物分子传感的灵敏度。Rebelo 等[20]采用循环伏安法（CV）将吡咯（Py）单体在金电极上电聚合制备CA125 印迹材料，以获得具有高分子识别能力的高选择性材料。通过比较电化学（方波伏安法-SWV）和光转导（表面等离子体共振-SPR）两种方法对CA125 生物标记物进行定量。检测限为0.01U/ml，线性浓度范围为0.01～500U/ml。该方法已成功应用于人工血清样品中CA125 的分析，回收率为91%～105%，平均相对误差为5。

1.7 微流控芯片纳米传感器微流控芯片纳米传感器是一种流行的微型化系统，其可以更容易地将一个或多个传感系统的多个特性集成到一个平台上，对采样率的需求更低，以最少的试剂和资源促进生物分子的高效识别[21]。外泌体是存在于多种体液中的纳米颗粒，在细胞信号传导中发挥重要作用，包括表示其原始细胞的生物分子。Hisey 等[22]提出了一种微流控平台，该平台与相关抗体共价功能化，识别卵巢癌生物标记物CA125、肿瘤外体膜生物标志物（CD9 和EpCAM），从微量高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）血清中分离外显体。该研究证明了总外显体和EpCAM 外显体随着HGSOC 疾病的发展而增加，并证明了OVCAR8 细胞对分离外显体的下游内化。Dorayappan 等[23]描述了一种新的内部微流控系统，用于从培养基和临床标本中分离外显体。该系统因为样本分离集中于高精度CD63 和上皮细胞黏附分子（EpCAM）表面标记的表达，克服了污染问题。此微流控系统对高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）实现了早期诊断，并引领了基于HGSOC 特异性信号的新治疗靶点的开发，有利于提高HGSOC 患者的预后。

2 纳米技术在卵巢癌治疗中的应用

当前卵巢癌的一线治疗方案为卵巢癌肿瘤细胞减灭术及紫杉醇及铂类联合化疗。然而传统化疗药物对肿瘤细胞缺乏靶向性，通常会伴随一系列的副作用，如骨髓抑制、电解质紊乱、肝肾功能损害、神经毒性等，严重影响患者的生活质量及预后，远期生存率堪忧。此外，卵巢癌细胞似乎在化疗过程中逐渐表现出耐药性。纳米载体的应用有助于疏水性化合物的靶向给药，降低抗肿瘤药物的全身毒性，克服肿瘤细胞的耐药性，在促进治疗性药物递送方面具有许多优势，如无毒、生物相容性、良好的生物降解性、治疗效应好、无炎症反应等。许多基于纳米材料的药物递送系统，包括脂质体、纳米胶束、树枝状大分子、纳米结构脂质制剂和纳米偶联物已经被开发出来。

2.1 纳米粒子近年来，铁、金、银、金属氧化物等金属纳米颗粒的制备在卵巢癌治疗中受到了广泛关注。在这些纳米颗粒中，氧化铁纳米颗粒（Fe2O3-NPs）在当代纳米生物技术中具有广泛的应用前景，其具有抗氧化性、抗菌性和抗肿瘤活性[24，25]。Ramalingam 等[26]报道了通过湿化学程序制备单晶和不规则形状Fe2O3-NPs 的方法，该方法通过增加细胞内活性氧水平、破坏线粒体膜稳定性和靶向人类转移性卵巢癌细胞系（PA-1 细胞）的程序性死亡显示出了显著的体外细胞毒性活性。

壳聚糖是一种甲壳素脱酰化的天然生物高聚物，具有低毒性、良好的生物相容性、生物降解性，是构建新型药物释放系统的合适选择。壳聚糖将纳米颗粒的尺寸保持在200nm 以下，促进蛋白质、药物和核酸的附着，从而通过增强渗透和保留效应使其聚集在肿瘤微环境中。研究表明，该直径范围内的纳米颗粒通过内吞辅助内化途径被细胞吸收，并避免了多药耐药机制。Sánchez-Ramírez 等[27]合成了一种聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）/壳聚糖为基础的生物相容性和可生物降解纳米载体系统，用于同时包载光活性（ICG）和化疗（CP）药物CPICG-NPs。获得的可生物降解光响应纳米粒子对SKOV-3 卵巢癌细胞系具有更强的细胞毒性和抗肿瘤作用。在最近一项研究中将聚合物纳米颗粒与大麻二酚（CBD）结合，以抑制卵巢癌细胞的生长[28]。结果表明，负载CBD 的球形纳米颗粒（尺寸约为240nm）的包封率高达95%以上。在孵育2～4小时内，纳米颗粒被内化到SKOV-3 上皮性卵巢肿瘤细胞中，显示出CBD 的可控释放延长了96 小时。抗增殖活动CBD 对卵巢癌细胞测试后发现保存完好的封装。二丁二烯和载二丁二烯纳米颗粒均可引起核蛋白聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）的表现，这是细胞凋亡的一种反映。值得注意的是，使用CBD-NPs 治疗SKOV-3 衍生肿瘤的肿瘤生长抑制率略高于使用CBD 溶液。综上所述，PLGA 纳米颗粒可能是一种值得注意的腹腔灌注治疗卵巢癌的方法。

2.2 纳米脂质体脂质体是一种来源于天然无毒磷脂的微型球形囊泡，直径从400nm 到2.5mm 不等，广泛用于捕获大量亲水和疏水生物药物（如蛋白质、多肽、RNA 和小分子）而不改变它们本身的性质。脂质体包封特有的优点是增强了两亲性和亲脂性药物的溶解性，并通过表面修饰改善了化疗药物和靶向肿瘤细胞的药物递送。Qi 等[29]研究了含紫杉醇的聚乙二醇化脂质体纳米制剂（PL-PTX）在体内和体外模型中抑制卵巢癌细胞增殖的效率，证实PL-PTX 介导的治疗显著抑制卵巢肿瘤细胞的侵袭和生长。此外，PL-PTX 通过TNF 介导的ERK/AKT 信号机制诱导卵巢细胞凋亡，还可导致卵巢癌细胞中AKT、ERK 和Caspase 3/9 的表达增加。Krieger 等[30]开发了可靶向转铁蛋白受体（TfR）的载顺铂聚乙二醇纳米脂质体，以研究敏感株和顺铂耐药株卵巢癌细胞A2780 对顺铂的摄取。结果显示，24 小时后耐药株中游离顺铂进入细胞的时间减少了4 倍；在敏感细胞系和耐药细胞系中，脂质体合成时的摄取量相同。然而与非靶向脂质体制剂的活性比较，TfR 靶向的影响不显著，因此需要开发基于脂质体的药物递送方法。联合抗癌药物在单个脂质体中的共包封在临床试验中显示出潜在的治疗优势，然而，将两种或更多药物远程装载到一个脂质体中是一个巨大的挑战。在这方面，有学者尝试通过将阿霉素和伊立替康协同包封来制备新型脂质体纳米制剂，以治疗腹腔内培养的卵巢癌异种移植物，其在腹腔内应用于人卵巢肿瘤细胞时，动物模型的存活率大幅提升[31]。

2.3 纳米胶束胶束是一类特殊的纳米结构材料，是由超过一定的临界浓度的两亲分子在水中的自聚集产生。纳米胶束具有携带不同结构的亲水和疏水溶质分子的能力[32]，具有相当高的载药量，可用于靶向位点特异性卵巢癌。Mutlu-Agardan 等[33]开发了一种氧化还原反应胶束系统，用于治疗耐药性乳腺癌和卵巢癌细胞。这种氧化还原敏感的PEG2000-SS-PTX 纳米胶束可用于在细胞内传送紫杉醇，在不同还原环境下对化疗耐药的乳腺癌和卵巢癌细胞进行不同时间的治疗，证实了其治疗潜力。Wu 等[34]报道了通过在聚合物纳米载体和药物之间引入供体-受体相互作用来制备具有极高载药能力且两种疏水药物可调比率的聚合物胶束的方法。将两种模型药物阿霉素和伊立替康共包封在胶束中，两亲性共聚物中PBA 残基的存在作为电子受体与电子供体化疗药物建立联系。经过优化设计的PPBADI 胶束具有理想的生物相容性、超高载药量、极强的稳定性和适当的粒径分布，可被癌细胞有效吸收，并在癌细胞内H2O2反应性环境中明确释放其产物，同时产生过量的活性氧。这种基于胶束的共给药系统具有精确可控的药物比率和超高药物掺入率，显示了协同抗癌治疗的巨大潜力。

2.4 树枝状大分子树状大分子是一种具有内核分子的三维、规则分支、树状纳米结构。药物分子可附着在树状大分子表面上的功能部分，或内化在内球微环境中。树状大分子可结合承载亲水性和疏水性载体分子，因此被认为是巨大的药物输送纳米平台。在最近的一项研究中，Cruz 等[35]配制了无毒、无溶血性的叶酸靶向聚脲树状大分子纳米制剂（L-BSO@PUREG4-FA2）作为对抗卵巢癌化疗耐药性的新武器。并检测了体外谷胱甘肽合成抑制对卵巢癌细胞更新和修复的影响以及对卡铂的敏感性，证实L-BSO@PUREG4-FA2 是克服卡铂耐药性、恢复卵巢癌细胞对化疗敏感性的一种前瞻性工具。

2.5 纳米胶囊纳米胶囊是具有中心内腔并可将药物包裹在内的纳米级囊泡系统，其中心核被外壳聚合物膜包围，用于附着表面结合抗体或靶向配体。纳米胶囊具有保护涂层，该涂层可氧化，使得活性成分延迟释放，因其这一特性，近年来受到人们广泛关注。尽管与携带人卵巢癌OVCAR-3 的裸鼠体内的游离药物进行比较，聚乙二醇化顺铂纳米胶囊显示出对OVCAR-3 异种移植物生长的相同抑制作用，但拉帕替尼/紫杉醇聚电解质纳米胶囊表现出更强的肿瘤生长抑制活性，并可应对卵巢癌细胞系OVCAR-3 的多药耐药性[36]。

3 总结

近年来，大量研究致力于纳米技术在卵巢癌诊疗中的结合与应用。纳米技术的更强灵敏性与更多选择性，给予卵巢癌的诊断与靶向治疗更多的可能性。但是当前阶段，仍然没有一种明确的生物标记物评估方法，且欠缺可应用于临床的便捷式设备。期待在不久的将来，我们可以在攻克卵巢癌的研究上有新的突破。