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肿瘤微血管内外微泡和相变液滴定位复合超分辨超声成像及其引导的液滴介导药物递送

批准号:
32071369
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
宗瑜瑾
依托单位:
学科分类:
生物成像、电子与探针
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
宗瑜瑾

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高分辨图像引导下的肿瘤药物递送对于实现个体化治疗,提高治疗效率具有非常重要的意义。本项目针对缺乏高分辨图像引导和评价深部肿瘤治疗药物递送这个难题,旨在研究:1)基于肿瘤微血管内多微泡定位追踪的快速超分辨超声成像方法,以得到具有微米分辨尺度的肿瘤微血管结构超分辨图像;2)设计制备磁性相变纳米液滴作为肿瘤治疗的药物递送载体和造影剂前休,并利用分段超声控制方法,即磁/声协同调控促进其跨越微血管内皮屏障,再在组织内的声致相变、空化增强释药;3)基于肿瘤组织内相变微泡特性,发展定位显微超分辨超声成像方法,在实现肿瘤微血管超分辨成像的基础上进一步获得血管外液滴分布的超分辨超声图像。最终形成肿瘤血管内、外微泡和纳米液滴定位复合超分辨成像技术,对载药磁/声响应纳米液滴在肿瘤部位的密度分布、跨血管壁递送以及超声激励相变释放药物的治疗过程进行图像引导和监控,达到高效精准递送释放和超分辨成像监控成像的双重目的。
英文摘要
Based on the effective delivery of drug carriers across tumor vascular barriers to tumor tissue, this project proposes and investigates a super-resolution ultrasound imaging with a resolution of tens of micron, to monitor in vivo distribution and releasing process of drug carriers for image guided drug delivery, thereby offering precise and effective treatment for tumors. The project is focused on: 1)a fast super-resolution ultrasound imaging method based on multiple microbubble tracking in tumor microvessel; 2) The magnetic phase-shifted nanodroplets were designed to be used as drug delivery carriers for tumor treatment. After their accumulation within the tumor site through magnet/ultrasound synergistic manipulation, they could vaporize into detectable phase-shifted microbubble for imaging under ultrasound exposure, and will furtherly collapse to release their loaded drug; 3) a super-resolution ultrasound imaging method based on acoustic activated localization of nanodroplets within the tumor tissue outside the tumor microvessel, to obtain the super-resolution image of the nanodroplets that were used as drug carriers and extravasated from the leaky vasculature of tumor, in addition to above-mentioned super-resolution image of tumor microvasculature. These super-resolution images of the inside and outside of the microvessel could be used for image-guided drug delivery and monitoring the nanodroplets density distribution within tumor, nanodroplets delivery across the microvascular barriers and ultrasound triggered drug release from the nanodroplets for tumor therapy, thereby to achieve the double purpose of highly effective, precised drug delivery and release, and monitoring under the super-resolution ultrasound images.
本项目针对在肿瘤治疗过程中,缺乏对药物载体在肿瘤内的分布及其药物递送过程的高分辨图像引导和评价这一难题,研究分别利用肿瘤微血管内流动的造影微泡和血管外的相变纳米液滴(药物载体),对肿瘤微血管结构和血流动力学以及血管外药物载体分布及其状态进行超分辨成像和监控的方法。本项目的主要研究内容包括:(1)发展提高超声微小血流检测灵敏度、高浓度微泡定位和追踪准确性的方法,在高浓度微泡条件下实现具有微米尺度分辨率的肿瘤微血管超分辨成像;(2)优化载药相变纳米液滴的制备方法,进一步优化对组织内相变纳米液滴进行声致相变的超声激活方式,并研究对其进行超分辨成像的方法;(3)对组织内纳米液滴的声致相变过程进行理论分析和实验验证,研究基于纳米液滴相变后行为对液滴状态及其治疗过程进行监测的高时空分辨超声监控成像方法;(4)研究验证利用上述基于组织内相变纳米液滴的超声“激活-成像”方法,对载药纳米液滴的分布、释药状态和肿瘤治疗效果进行监控成像和分析的可行性。目前取得的主要研究结果包括:(1)提出和发明了基于图像纹理特征分离重叠微泡的多尺度统计特征定位方法和基于部分平滑自适应广义标记多伯努利滤波器,实现了对高浓度重叠微泡的精确定位和追踪,可在高浓度微泡情况下实现鲁棒的肿瘤微血管超分辨超声成像,并可进一步进行肿瘤形态和血流动力学参数的提取和定量分析;(2)粘弹性组织中纳米液滴的成核过程和相变动力学严重受到组织粘弹性的影响,随着组织体积模量的增加,纳米液滴的初始成核阈值显著增加,后续相变过程也受到组织的抑制作用;(3)基于高沸点相变纳米液滴激活相变后的信号特性,发展了使用单个成像探头对血管外纳米液滴进行超声“激活-成像”的高时空分辨超声监控成像方法,通过液滴激活后信号的多维度特征指标分析与载药液滴的治疗效果进行评估,该方法在载药液滴参与的治疗中展示出图像引导诊疗一体化的潜力。相关研究成果共发表中科院2区以上SCI论文10篇,申请发明专利5项,其中已授权2项,参加国内外学术会议报告交流12人次,培养博士生4名,硕士生5名。
超声/磁场对双峰分布双模相变纳米液滴的协同操控及其在肿瘤诊疗中的应用
  • 批准号:
    31771075
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    宗瑜瑾
  • 依托单位:
基于可控空化内皮损伤的动脉粥样硬化斑块动物模型及其活体评价
  • 批准号:
    31470909
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    宗瑜瑾
  • 依托单位:
基于血管内膜超声微泡空蚀的局部可控易损斑块动物模型建立及活体评价方法
  • 批准号:
    31271003
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    15.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    宗瑜瑾
  • 依托单位:
深部稀疏微小血管及管内单泡超宽带超声灌注成像
  • 批准号:
    10704060
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    宗瑜瑾
  • 依托单位:
国内基金
海外基金