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苏州大学刘庄Angew. Chem. Int. Ed.:可生物降解的多功能无机纳米肿瘤诊疗试剂

导读: 光热疗法(PTT),作为一种非传统的肿瘤治疗手段,依赖在近红外处强吸收的试剂将光能转变为热能,从而实现杀死肿瘤细胞的目的。

【引言】

光热疗法(PTT),作为一种非传统的肿瘤治疗手段,依赖在近红外处强吸收的试剂将光能转变为热能,从而实现杀死肿瘤细胞的目的。截止目前,已经研究出了许多此类试剂应用到了光热治疗中。另外,研究者们还发现将成像技术同光热治疗相结合可以大大提高肿瘤治疗的靶向性和灵敏性。然而,可实现这一功能的无机纳米试剂的生物不可降解性极大地阻碍了临床发展。多年来,人们一直致力于研究出一种多功能的生物可降解的无机纳米试剂,其中最常见的莫过于超小纳米颗粒,虽然解决了无法排出的问题,但多数时候这是以功能大幅削弱为代价的。因此,发展一种可生物降解的多功能无机纳米试剂对于肿瘤诊疗研究是很有意义的。

【成果简介】

最近,苏州大学刘庄教授和程亮副教授(共同通讯)在Angewandte Chemie International Edition上发表了题为“Degradable Vanadium Disulfide Nanostructures with Unique Optical and Magnetic Functions for Cancer Theranostics”的研究论文,文中报道了一种基于VS2的可降解纳米试剂,他们利用PEG修饰的脂质小囊包裹VS2纳米点制备了一种兼具光热转换和多模成像功能的纳米试VS2@lipid-PEG,最重要的是该试剂具有生物可降解性且无明显毒副作用。文中作者利用VS2@lipid-PEG纳米粒子,证实了基于VS2的体内磁共振成像、光声成像和单电子发射计算机断层扫描成像,并实现了VS2@lipid-PEG纳米粒子应用于多模成像指导的光热治疗中,且效果显著。

【图文导读】

图1:VS2@lipid-PEG纳米颗粒的合成与表征

苏州大学刘庄Angew. Chem. Int. Ed.:可生物降解的多功能无机纳米肿瘤诊疗试剂

(a)VS2@lipid-PEG纳米颗粒的构建过程示意图;

(b)VS2纳米片的TEM图片;

(c)VS2@lipid-PEG纳米颗粒的TEM图片;

(d)VS2纳米片和VS2@lipid-PEG纳米颗粒的紫外可见近红外吸收光谱;

(e)不同浓度VS2@lipid-PEG纳米颗粒在激光(808 nm,0.6 W/cm2)照射下的升温曲线;

(f)VS2@lipid-PEG (200 mgmL-1)纳米颗粒激光照射5 min后关闭的光热转换效率;

(g)激光照射下,VS2@lipid-PEG (200 mgmL-1)纳米颗粒的光热稳定性。

图2:体内多模成像及光热治疗

苏州大学刘庄Angew. Chem. Int. Ed.:可生物降解的多功能无机纳米肿瘤诊疗试剂

(a)磁共振T1加权像和r1弛豫速率随VS2@lipid-PEG溶液中V摩尔浓度的变化曲线:

(b)注射VS2@lipid-PEG的4T1肿瘤小鼠在不同时间点的磁共振T1加权像;

(c)不同时间点肿瘤处磁共振信号的定量比较;

(d)肿瘤小鼠在注射前以及注射VS2@lipid-PEG纳米颗粒6小时和24小时后的光声成像(PA);

(e)肿瘤位点光声信号的定量比较;

(f)注射99mTc-VS2@lipid-PEG (500 mCi)后不同时间点4T1肿瘤小鼠的SPECT成像;

(g)注射24小时后VS2@lipid-PEG纳米颗粒在体内的生物分布;

(h)注射VS2@lipid-PEG纳米颗粒24小时进行激光照射的红外热致成像图;

(i)注射VS2@lipid-PEG纳米颗粒24小时进行激光照射的肿瘤温度随时间变化曲线;

(j)不同实验组小鼠在经过不同的治疗后肿瘤体积的变化曲线。

图3: VS2@lipid-PEG纳米颗粒的体内清除行为与机理

苏州大学刘庄Angew. Chem. Int. Ed.:可生物降解的多功能无机纳米肿瘤诊疗试剂

(a)1,7,14,30天后VS2@lipid-PEG纳米颗粒在小鼠体内的生物分布;

(b)注射1,7,14,30天后粪便及尿液中测得的V的质量;

(c)VS2@lipid-PEG纳米颗粒在空气中暴露1,7,14,30天后的紫外可见近红外吸收光谱;

(d)VS2@lipid-PEG纳米颗粒在空气中暴露1,7,14,30天后的数码照片;

(e)VS2@lipid-PEG纳米颗粒30天降解前后的TEM图片;

(f)新制VS2@lipid-PEG纳米颗粒的XPS谱图;

(g)降解14天后VS2@lipid-PEG纳米颗粒的XPS谱图;

(h)VS2@lipid-PEG纳米颗粒在体内氧化、降解、排出的机理解释示意图。

【小结】

本文制备了一种基于VS2的可生物降解的无机纳米试剂并将其应用于多模态成像和肿瘤光热治疗中,表现出很好的肿瘤治疗效果,推动了肿瘤光热治疗研究的发展。

团队介绍:

刘庄教授于2004年在北京大学获学士学位;2008年美国斯坦福大学获博士学位;2009年6月加入苏州大学功能纳米与软物质研究院。近年来在纳米生物医学材料与肿瘤纳米技术领域从事研究,共发表学术论文200余篇,论文总引用超过29,000次,SCI H-index = 82。2012年获基金委优秀青年基金资助;2013年入选百千万人才工程国家级人选; 2015年获国家杰出青年基金资助;2015年入选中组部万人计划“青年拔尖人才”;2016年入选科技部“中青年科技创新领军人才”;2016年获江苏省科学技术一等奖(第一完成人);2017年获Biomaterials Science Lectureship。2015年受邀成为英国皇家化学会Fellow;2015、2016年连续入选Thomson Reuters发布的“全球高引用科学家名录”(Highly Cited Researchers)(化学、材料);担任生物材料领域国际著名期刊Biomaterials杂志副主编和多个国际主流期刊编委。

程亮副教授于2012年6月在苏州大学获博士学位,之后留校工作。近年来主要研究方向是功能纳米材料设计及其在生物成像和癌症治疗等方面的应用。在国际学术期刊共发表学术论文共100余篇,其中第一或通讯作者论文40余篇,部分发表在Chem Rev, Angew Chem, Adv Mater, ACS Nano, Adv Funct Mater, Biomaterials等上。论文总引用超过6000次,H-index因子为44,并获得多项科研项目资助。

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