利用化学发光实现实时肿瘤光动力学治疗过程监控的研究

论文摘要

光动力疗法（Photodynamic Therapy，PDT）是继手术、放射治疗和化学治疗之后又一进入了肿瘤的临床治疗的重要肿瘤治疗技术。20多年临床实践以来，光动力疗法在恶性肿瘤和良性肿瘤的治疗中取得了令人瞩目的成就。现在PDT治疗肿瘤已经得到了世界上许多国家的认可。因具有目标专一、效果显著、对正常组织伤害小等等优点，这些优点已使其成为一种不可替代的肿瘤治疗法。光动力治疗过程需要光敏剂、光、氧三种因素的共同参与才能产生起治疗作用的活性氧。与其他放射治疗相似，光动力治疗中最关键的是剂量控制。由于治疗中参量多，而且影响三种因素的不确定性因子也较突出，所以剂量控制始终是治疗的一个难题。由于光动力治疗过程中，主要是Ⅱ型机制的反应，即单态氧在杀伤肿瘤中起关键的作用，所以监控单态氧的量成为现在光动力发展的热点，许多学者致力于单态氧的监测，多种方法正在探索和发展之中。基于以上事实，本论文研究发展了利用化学发光实时检测单态氧的方法。化学发光法是利用化学发光探针来检测活性氧。化学发光探针是人工合成的荧光素类化合物（如CLA类），它可以与活性氧特异性反应，生成激发态的产物，进而退激发射出光子。根据反应动力学，化学发光的强度计量了活性氧的产率，故根据化学发光的强度和光子积累就可以得到活性氧产率和产量。当前已经有多种化学发光探针被研制出来，如FCLA、MCLA、鲁米诺（Luminol）等。在光动力过程中，引入化学发光探针监测治疗过程中的活性氧从而控制治疗剂量预知疗效，我们称之为化学发光监测法（Chemiluminescence detection，CLD）。目前随着各种新型的化学发光探针不断开发，灵敏度不断增高，对活性氧分类检测的特异性光敏剂不断出现，化学发光探针应用研究的不断扩展和深入，使化学发光法的实现有了坚实的基础。在本论文研究中，我们主要用的光敏剂探针是3，7-dihydro-6-{4-[2-（N’-（5-fluoresceinyl）thioureido）etho-xy]phenyl)-2-methylimidazo{1，2-a)pyrazin-3-one（FCLA）。FCLA能选择性的与活性氧（ROS）系列中的超氧阴离子、单态氧反应，产生532nm的绿色波段的化学发光，可用普通的光电倍增管检测到，且有对组织无毒性作用，易于被组织细胞吸收的优点，提供了用于细胞和活体检测的可能性。本论文分为四部分：第一部分主要介绍光动力肿瘤治疗、光生物物理和化学发光的基础知识，重点是活性氧产生和化学发光检测方法，力求从基础理论和目前化学发光应用的现状明晰CLD方法的原理和价值。第二部分是基础实验的内容，在这一部分中主要介绍化学发光检测装置以及FCLA在检测单态氧过程中的化学发光特性。检测装置利用了虚拟仪器的设置，通过Labview编程，实现了光子的延时检测和激光控制的功能。延时检测实验表明，化学发光具有明显的延迟特性，在激发光停止后，仍可通过光电倍增管检测到几十到几百毫秒的化学发光信号，而且延迟信号具有指数下降特性，衰减过程稳定，强度较高，具有很高的检测信噪比；第三部分是应用性实验探讨的内容，介绍化学发光法在光动力肿瘤治疗的剂量监测中的应用。这一部分工作内容主要是在小鼠皮肤上做了单态氧的化学发光检测，并对比了检测结果和光动力疗法生物效应的量效关系。实验证明通过实时的检测在体的化学发光光子产率和产量，可以定量光动力过程中单态氧的产率和产量，可以实现光动力治疗效果的预测；第四部分是对化学发光探针FCLA的荧光特性和应用的实验探讨工作，主要介绍化学发光探针的基本的荧光特性、检测单态氧的应用以及在定量检测化学发光中的应用等内容。FCLA氧化过程中可以在其特征荧光波长出观测到显著的荧光变化，借助于灵敏的荧光检测装置可以容易地检测到单细胞中单态氧的产生。另外此荧光变化特征还可用于对化学发光定量检测的测量值修正中，对于提高化学发光检测的精度有重要的意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光动力治疗肿瘤历史和现状
• 1.3 本论文的内容及意义
• 第二章 光生物基础理论和单态氧
• 2.1 引言
• 2.2 光生物物理基础
• 2.3 单态氧的特性、产生和探测
• 第三章 化学发光检测技术及 CLA类化学发光探针特性
• 3.1 引言
• 3.2 化学发光检测技术及其历史和现状
• 3.3 CLA类化学发光探针的特性介绍
• 第四章 化学发光检测实验装置
• 4.1 引言
• 4.2 设计思路
• 4.3 装置各部分组成介绍
• 4.4 检测程序流程图及系统性能参数
• 第五章 FCLA化学发光的延迟特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置和试剂
• 5.3 延迟化学发光信号及其特征
• 5.4 延迟化学发光信号与单态氧
• 5.5 小结
• 第六章 光动力治疗过程中单态氧的化学发光法实时监测
• 6.1 引言
• 6.2 实验装置、试剂以及PDT剂量和效果评价
• 6.3 结果与讨论
• 6.4 小结
• 第七章 FCLA荧光特性及单细胞中单态氧的荧光检测
• 7.1 引言
• 7.2 FCLA荧光特性研究
• 7.3 利用 FCLA荧光特性检测细胞中的单态氧
• 7.4 小结
• 第八章 光动力治疗过程中通过在体监测 FCLA的化学发光和荧光定量单态氧
• 8.1 引言
• 8.2 光动力过程荧光实验
• 8.3 化学发光定量测量中的数值修正
• 8.4 小结
• 展望
• 结束语
• 参考文献
• 附录
• 致谢