陳志宏臺灣大學:生醫電子與資訊學研究所陳敬棠Chen, Ching-TangChing-TangChen2010-05-262018-07-052010-05-262018-07-052009U0001-3107200912104300http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/184219本研究建立在生醫分子影像的基礎上，結合磁振造影以及光學影像的技術，加上特異性的細胞標定，用來偵測非小細胞肺癌的疾病模式，藉以得到不同視野大小的影像偵測結果。小細胞肺癌細胞表面上大量表現的上皮生長因子受體(EGFR)除了在腫瘤生長中扮演重要角色，其大量表現的特色，也能符合作為生物標定的目標，所以本研究選定上皮生長因子受體做為多功能顯影劑的生物標定。研究在奈米顯影劑的部份，目的為發展多功能奈米顯影劑並結合氧化鐵及奈米量子點的特性，其中具有超順磁特性、粒徑為8 nm的四氧化三鐵奈米粒子，提供作為增加磁振造影中T2影像對比的顯影劑，並於實驗當中發現所製備之四氧化三鐵具有非線性光學的特性，可應用於光學影像系統作為三倍頻影像的訊號來源。為了避開生物體的吸收波段，本研究的另一個目的是合成放光光譜在近紅外光區段的雙層結構量子點，提供作為第二種光學影像系統、雙光子螢光的訊號來源。本研究使用在活體外和活體外的奈米顯影劑，均經過表面特異性以及生物隱形修飾。活體外及活體內實驗的部份，將具有標靶性的多功能奈米顯影劑應用在不同的影像偵測上；活體外實驗可針對奈米顯影劑對於細胞的標定效率分析，並針對奈米粒子做細胞毒性分析；活體內實驗可以得到多功能奈米顯影劑使用在磁振造影系統上的顯影效果及效率。本研究並且同時針對奈米顯影劑的三倍頻及磁振造影影像，由非生物樣品、活體外到活體內做定量的分析測試。本研究中，活體外的實驗結果顯示傳統的光學顯微鏡染色影像以及三倍頻光學影像，皆可以分別出奈米探針對於細胞標定效率的差異，並且三倍頻的影像分析更可說明A549細胞上具有比CL1-0細胞上更多上皮生長因子受體(EGFR)，毒性分析的結果可作為活體實驗上劑量的參考；活體實驗的部份，奈米顯影劑可以提供磁振造影，在T2及T2*影像腫瘤區域30%以上的訊號改變，並且在活體組織切片的結果上，可以再度證實經由血流運送到腫瘤組織的奈米顯影劑，可以在目標區域標定累積。本研究中，無論在活體外及活體內，多功能奈米顯影劑皆提供兩種以上的顯影功能。在顯影劑的定量實驗中，可確認氧化鐵奈米粒子在不同溶劑中，對影像上有穩定的影響，足以利用此一特性利用影像的資訊來估計顯影劑在活體內的濃度。研究合成出多功能的奈米顯影劑，並同時結合不同視野大小的影像系統上，在大視野的磁振造影上得到早期顯著的偵測結果，在小視野的三倍頻光學影像上證明顯影劑有極強的光學訊號，並同時說明具有標靶性質的奈米顯影劑對非小細胞肺癌的偵測有足夠的敏感度；而多功能顯影劑未來可再加上攜帶治療藥物的功能，配合上活體內的顯影劑濃度估計的方法，可同時將多功能顯影劑用在腫瘤偵測及治療效果的評估。Molecular imaging has become an indispensable technology in cancer research and clinical use. The goal of this study is to combine magnetic resonance imaging and optical imaging system with multifunctional contrast agent to detect xenograft non-small cell lung cancer (NSCLC) murine model.igh temperature solution phase reaction led to 8 nm ultrasmall superparamagnetic iron oxide (USPIO, Fe3O4), and the CdS-capped CdTexSe1-x alloyed quantum dot was synthesized to near-IR emitting nanoparticles. Aqueous iron oxide and near-IR quantum dot nanoparticles were conjugated with anti-epideremal growth factor receptor (EGFR) antibody as the biomedical probe to detect the NSCLC tumor. Variation of T2 relaxation time was obtained from MRI for nano-contrast agent quantification.russian blue staining imaging and third harmonic generation (THG) imaging showed different targeting efficiency in A549 and CL1-0 in vitro. T2 and T2* MR imaging showed significant signal decrease (>30%) in vivo. It was proved caused by nano-probe targeting by using both histological cytochemistry staining and THG imaging. ultifunctional nanocontrast agent could hopefully not only serves as cancer detection and treatment but also used to predict disease prognosis in the future.中文摘要 Ibstract III謝 IV錄 V目錄 VIII目錄 X一章 緒論 1.1 研究動機 1.2 研究目的 1.3 論文架構 2二章 文獻回顧及介紹 3.1 分子影像介紹 3.2.1 不同影像系統比較 4.2.2 顯影劑及影像系統 5.3 奈米顆粒特性及應用 7.3.1 量子點奈米粒子在光學影像的應用 8.3.2 磁性奈米粒子的特性及應用 8.3.3 磁性奈米粒子於磁振造影的顯影效果 11三章 疾病模式 14.1 非小細胞肺癌介紹 14.2 上皮生長因子受體 15四章 多功能奈米粒子顯影劑製備 17.1 奈米粒子製備材料及流程 17.1.1 氧化鐵奈米粒子 17.1.2 量子點奈米粒子 20.2 多功能奈米探針製備 22.2.1 氧化鐵奈米粒子表面修飾 22.2.2 氧化鐵及量子點奈米粒子 24.3 奈米粒子實驗結果及分析 26.3.1 氧化鐵奈米粒子 27.3.2 量子點奈米粒子 28.3.3 多功能奈米探針 29.4 實驗結果討論 33五章 非小細胞肺癌體外實驗 34.1 細胞株及細胞培養 34.1.1 細胞株 34.1.2 細胞培養 34.2 細胞及奈米探針實驗設計 35.2.1 光學顯微鏡染色 35.2.2 螢光及倍頻細胞顯微影像 37.2.3 奈米顆粒對細胞毒性分析 38.3 體外實驗結果及分析 39.3.1 光學顯微鏡染色 39.3.2 螢光及倍頻細胞顯微影像 42.3.3 奈米顆粒對細胞毒性分析 46.4 實驗結果討論 46六章 以核磁共振影像定量顯影劑濃度 47.1 實驗材料及設計 47.1.1 氧化鐵奈米粒子弛緩時間計算 47.1.2 細胞仿體濃度預估 50.1.3 活體或腫瘤內顯影劑估計 52.2 實驗結果 55.2.1 氧化鐵奈米粒子遲緩時間計算 55.2.2 細胞及仿體濃度預估 57.2.3 活體腫瘤內顯影劑估計 59.3 實驗結果討論 61七章 非小細胞肺癌活體影像實驗 62.1 動物模式選擇及建立 62.2 活體影像實驗設計 63.2.1 核磁共振活體影像 63.2.2 組織切片倍頻影像 66.2.3 組織切片氧化鐵染色 67.2.4 離體組織免疫切片染色 68.3 活體影像實驗結果及分析 70.2.1 核磁共振活體影像 70.2.2 組織切片倍頻影像 74.2.3 組織切片氧化鐵染色 75.2.4 離體組織免疫切片染色 75.4 實驗結果討論 76八章 討論及未來工作 77.1 結論 77.2 討論 77.2.1 水溶性氧化鐵奈米粒子 77.2.2 量子點奈米粒子 78.2.3 活體外細胞三倍頻影像 78.2.4 活體外及活體內顯影劑影像定量 79.2.5 活體磁振造影 79.3 未來工作 79application/pdf3682137 bytesapplication/pdfen-US多功能奈米顯影劑非小細胞肺癌MRI影像定量multifunctionalnano-contrast agentNon-small lung cancerimaging quantification[SDGs]SDG3thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/184219/1/ntu-98-R96945037-1.pdf