NHRI Communications

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，固定在不銹鋼微管內 (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》