第 84 期 2005-02-01

研究發展
利用奈米螢光粒子建立血管通透性動態分析之平台技術

血管通透性在藥物傳送與控制釋放研究中扮演著非常關鍵性的角色。許多用於腫瘤治療之化學藥物,在in vitro 的實驗上證明是非常有效果的,但是通常在活體裡,由於無法有效率的通過血管壁而事倍功半。血管通透性會因為生理上的變化而有所改變,例如受傷,發炎,或是癌症病患等。對腦部而言,腦血管的通透性增加則代表著腦血屏障(BBB)的受傷程度。BBB 是一層由內皮細胞,基底膜及膠質細胞突起所共同構成的,可以阻絕血液中有害物質進入腦部。當腦部呈現缺血及低氧狀態時(例如中風),大腦細胞會產生周邊血管擴張的效果,進而改變腦血屏障的通透性,使得有害物質侵入腦中而造成傷害。此一生理現象對開發腦中風的新藥研究極為重要。

國家衛生研究院奈米醫學研究中心楊重熙主任、醫學工程研究組奈米生物光電實驗室羅履維助研究員,與台中榮民總醫院教學研究部的合作團隊,在先前發表於Analytical Chemistry國際期刊之研究結果,已利用實驗動物模式結合螢光奈米粒子,微透析探針以及氧焠冷性磷光動力分析方法,建立出腦血屏障(blood-brain barrier )通透性對於活體缺血及再灌流下變化之偵測技術。

由於微透析探針受限於透析膜本身孔洞大小,單一探針只能偵測特定大小以下的螢光奈米粒子。為進一步拓展此實驗概念,建立一即時偵測活體血管通透性之one-size-fits-all的平台技術,該研究團隊再度攜手合作,應用光纖之光電偵測技術,建立一植入式同軸光纖微探針,以監測注射於活體動物內不同大小的螢光奈米粒子,藉以觀察活體在缺血及再灌流下,腦及肝臟血管通透性之動態變化,並建立其通透性之量化指標。

此光纖探針(Figure 1)將微光纖以同軸方式排列,內含一金包覆之激發光纖,並由13根傳遞螢光訊號的50 nm光纖所環繞, 固定在不袗微管內 (O.D. 約400μm; I.D. 約300μm)。這樣的設計除了可降低組織傷害,並可偵測針頭附近,雷射激發光涵蓋之未受傷組織區域內,因血管通透性變化所滲出之奈米螢光粒子。

在此項研究中,利用植入式同軸光纖微探針,以及20 nm 和 1000 nm 的螢光奈米粒子來初步建立缺血性缺氧下,腦部 (Figure 2A) 和肝臟 (Figure 2B) 血管通透性的「窗口」大小範圍。將直徑20 nm和 1000 nm 的螢光粒子分別注射於實驗用大鼠體內,並植入同軸光纖微探針,測量因腦部和肝臟局部缺血引起之血管壁通透性改變,而由血管滲溢至組織的奈米粒子螢光強度之瞬間變化。不論是腦部或肝臟,在局部缺血性缺氧下,20 nm之螢光粒子皆能穿透出BBB或肝血管系統,進入組織;相反地,1000 nm之螢光粒子則仍受限制停留於血液循環系統中,無法進入特定組織區域。

藉由此植入式同軸光纖微探針平台技術的建立,並配合螢光奈米粒子,各類組織在不同疾病生理狀況下之血管通透性,將能被一一細部評估,繼而建立量化資訊,對於日後藥物傳遞系統在設計上或相關臨床醫學資料上,提供非常重要的參數。

此研究成果將刊登於2005年二月份的分析化學(Analytical Chemistry)期刊。Analytical Chemistry在國際分析化學領域67個期刊中,排名第一。
《文/圖:楊重熙、羅履維、黃弘宜;圖一(Figure 1):植入式同軸光纖微探針;圖二A (Figure 2A):腦局部缺血引起之血管壁通透性改變;圖二B (Figure 2B):肝臟局部缺血引起之血管壁通透性改變》