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【研究背景】肿瘤是目前全球最常见疾病之一，其发病率和死亡率都非常高。据世界卫生组织报道，每年全球有超过1000万新发病例，约700万人死亡。美国2013年的新发癌症病例为166万，其中58万癌症死亡病例。在中国，到2012年底，新的癌症病例每年为350万，因癌症死亡的人数是250万。“早期发现”，“及时诊断”和“早期正确治疗”是提高患者生存率的关键。如何在（小）肿瘤的启动或早期阶段，及时发现和确诊，是实现“三早”的重要途径。肿瘤生长进展需要依靠新生血管供应细胞代谢所必需的营养和氧气，因此肿瘤的发生、发展及转移与肿瘤血管生成密切相关。因此如能够定量化、可视化地检测并研究肿瘤新生血管，将有助于癌症的早期诊断。而且，对于临床肿瘤抗新生血管治疗，能够进行全程监测，观察新生血管的状态，评估治疗效果。肿瘤分子生物学研究表明，在肿瘤的血管生成和转移等生物学事件中，肿瘤新生血管表面或某些肿瘤细胞表面存在的一种粘附分子超家族成员—整合素有着重要作用。目前，在肿瘤早期诊断的肿瘤新生血管靶点研究中，研究较多的是αvβ3整合素受体。整合素αvβ3受体在增殖的肿瘤新生血管内皮细胞高度表达，而在静息血管内皮细胞上无表达，是肿瘤新生血管的标志分子之一。αvβ3受体能够结合特异性识别并结合到细胞外基质中的甘-精-天冬氨酸序列（RGD序列），为在探针的设计和修饰方面，使其向肿瘤新生血管内皮细胞靶向性聚合，提供了重要依据。目前在评价肿瘤血管的成像模式中，核磁共振MR成像是一种理想的、不断发展的成像方式。它不仅可以多个参数、多种序列、轴冠矢状多方位成像，而且无电离辐射，还可以较高的空间分辨率采集组织结构解剖、生理病理及相关理化信息。MRI对比剂，尤其是靶向对比剂的研发和应用，在提高MRI的疾病诊断准确率的同时，赋予其反映病灶代谢特征、评估治疗效果的能力，具有广阔的临床应用前景。磁共振分子成像是分子影像学研究热点。第一部分磁共振靶向对比剂（RGD-mPEG-DA-MnO）的制备构建和表征【目的】制备整合素αvβ3介导的磁共振靶向对比剂偶联RGD包被聚乙二醇并连接多巴胺的氧化锰纳米粒子(RGD-mPEG-DA-MnO)并进行体外表征。【材料和方法】以四水合氯化锰和油酸为原料，采用热裂解法合成超小MnO纳米粒子，对其进行mPEG和DA的表面修饰和RGD连接。使用透射电子显微镜镜（TEM）、动态光散射（DLS）、氢质子磁共振波谱（1HNMR）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）及核磁共振分别对制备的靶向对比剂进行形态、粒径、结构、稳定性、密度、样品锰元素含量及弛豫效能进行体外表征。【结果】新合成的mPEG-DA-MnO磁性纳米粒子水合粒径在150nm左右，粒径分布比较均一，稳定性高，其锰元素含量为2.48×10-3mg/MG（每毫克对比剂里面有2.48×10-3mg的锰）。五种不同样品的表面修饰物mPEG-DA的密度范围为6.51-17.2mmol/m2，其相应r1弛豫效能的范围为16.14mM-1S-1到5.98mM-1S-1，r1最大者约为医用钆对比剂r1弛豫效能的3倍。成功偶联RGD的RGD-mPEG-DA-MnO靶向磁性纳米粒子对比剂具备高纯度。【结论】以四水合氯化锰和油酸为原料的热裂解法可成功合成超小MnO纳米粒子，经mPEG和DA的表面修饰能够制备纳米化、单分散相、高纯度、稳定性、弛豫效能的纳米粒子mPEG-DA-MnO，并偶联RGD肽成功制备靶向磁性纳米粒子RGD-mPEG-DA-MnO。第二部分对比剂的毒性和造影效果的体外研究【目的】探讨新合成对比剂（RGD-mPEG-DA-MnO）的细胞毒性和造影效果。【材料和方法】MTT法检测新合成对比剂（RGD-mPEG-DA-MnO）在体外对A549细胞生存率的影响。采用PhillipAchieva3.0T磁共振对新合成对比剂进行T1WI及T1Mapping成像，T1加权成像信号强度、T1map值分别评价所制备不同粒径和修饰物密度的对比剂的成像对比度和弛豫效能。【结果】对比剂浓度在500ug/ml时，其细胞存活率仍较高，其IC50（半抑制浓度）为818.9ug/ml。随着锰离子浓度的增大，粒径5nmMnO核心的RGD-mPEG-DA-MnO造影图像逐渐变亮。粒径5nmMnO核心的RGD-mPEG-DA-MnO的r1弛豫效能为11.6s-1mM-1。【结论】RGD-mPEG-DA-MnO磁性纳米对比剂在一定浓度范围内对细胞无明显毒性。其成像对比度较高，r1弛豫效能约为医用Gd-DTPA弛豫效能的2倍。第三部分磁共振对比剂的动物在体成像研究【目的】研究MR靶向对比剂RGD-mPEG-DA-MnO靶向荷人肺癌裸鼠、实现肿瘤血管及细胞靶向显影的可行性，探讨该磁性纳米对比剂的成像特点。【材料和方法】1、非靶向磁共振对比剂(mPEG-DA-MnO)对荷人肺腺癌裸鼠的MRI研究BALB/C昆明白鼠经尾静脉注入靶向磁共振对比剂（mPEG-DA-MnO），观察注射对比剂前后不同时间点肝脏、肾脏和肌肉的T1WI信号的变化。2、磁共振靶向对比剂(RGD-mPEG-DA-MnO)对荷人肺腺癌裸鼠的MRI研究人肺腺癌A549细胞株传代并对裸鼠皮下接种，制成荷人肺腺癌的裸鼠模型。通过尾静脉注入（RGD-mPEG-DA-MnO）靶向磁共振对比剂，观察注射前后不同时间点荷瘤鼠的瘤体、肝脏及颈背部肌肉T1WI信号值变化。3、磁共振靶向对比剂(RGD-mPEG-DA-MnO)与非靶向对比剂(mPEG-DA-MnO)荷人肺癌裸鼠MRI成像对照研究按照随机对照原则，将8只荷瘤裸鼠平均分为两组，实验组4只和对照组4只，实验组通过尾静脉注入靶向对比剂RGD-mPEG-DA-MnO，对照组注射mPEG-DA-MnO，观察并比较在注射对比剂前后不同时间点两组动物的肿瘤和肌肉T1WI信号强度值变化。【结果】注射mPEG-DA-MnO对比剂15min后，其肝、肾脏区域有明显增强效果，1h后增强效果减弱。2h后对比剂代谢进入膀胱。在靶向荷A549肺腺癌细胞肿瘤裸鼠MRI研究中，对比剂RGD-mPEG-DA-MnO有向瘤体局部聚集的趋势，强化峰值出现在注射对比剂后约2小时左右，最大强化率达109.9％；肝脏也表现出明显强化，强化峰值出现在注射对比剂后约1小时左右，之后呈现出比较缓慢的回落趋势；和非靶向的mPEG-DA-MnO进行对照，(1)所制备的靶向对比剂RGD-mPEG-DA-MnO具有明显的靶向瘤体效果，实验组肿瘤各扫描时间点的信号强度值差异的统计学意义显著(F=166.83，P<0．0001)，强化峰值出现时间约注入对比剂后2小时；无靶向对比剂mPEG-DA-MnO组的瘤体各扫描时间点信号值差异亦有显著统计学意义，强化高峰出现在注射后约1小时；靶向组（RGD-mPEG-DA-MnO）及无靶向组（mPEG-DA-MnO）的肌肉各扫描时间点信号强度值总体差异不大。【结论】靶向对比剂RGD-mPEG-DA-MnO能与整合素αvβ3受体特异性结合，对荷瘤裸鼠的肿瘤新生血管MR成像的强化效果具持续性和特异性，使MR靶向显像及靶向诊断具有可行性。第四部分聚乙二醇包被的磁性氧化锰纳米粒子的体外生物学效应探讨【目的】探讨聚乙二醇包被的磁性氧化锰纳米粒子对比剂对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和人肺腺癌A549细胞的生物学效应及相关机制。【方法】采用多种细胞生物学研究方法探讨聚乙二醇包被的磁性氧化锰纳米粒子标记脐静脉血管内皮细胞(HUVECs)和A549人肺腺癌细胞后，对其增殖、迁移、侵袭、分化、细胞骨架及细胞亚器官等生物学行为的影响。【结果】浓度超过500ug/L的包被聚乙二醇的氧化锰磁性纳米粒子可抑制内皮细胞HUVECs增殖、迁移和侵袭，此抑制能力表现出浓度依赖性；氧化锰纳米粒子可抑制内皮细胞的管腔分化形成能力；可引起细胞骨架发生重构，粘着斑数目降低，细胞粘附能力呈浓度依赖性降低；去粘附可进一步引起细胞增殖、迁移、侵袭、分化能力的损害及抑制。高浓度的氧化锰纳米粒子降低细胞线粒体膜电位，并诱导活性氧产生氧化应激反应。【结论】高浓度的聚乙二醇包被的磁性氧化锰纳米粒子（mPEG-DA-MnO）可通过诱导氧化应激造成细胞毒作用。