同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院ACS Nano封面文章：中空長余輝探針的可控制備及其癌癥診療應(yīng)用
長余輝材料，俗稱“夜明珠”，是一種能夠儲存外界輻射能量，在激發(fā)光停止激發(fā)后仍能發(fā)光的材料，其余輝能持續(xù)幾小時甚至數(shù)天。由于其特殊的光學(xué)性質(zhì)，長余輝材料在光照、安全應(yīng)急、交通運輸?shù)确矫嬗兄鴱V泛的應(yīng)用。近年來，隨著納米級別的長余輝材料出現(xiàn)，因其長余輝壽命、無需原位激發(fā)、無組織背景熒光干擾和高的信噪比等優(yōu)勢，其在光醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)成像、生物分析和腫瘤診療等方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
現(xiàn)有長余輝納米材料一般采用高溫煅燒的方法合成，導(dǎo)致長余輝納米材料形貌不可控、不規(guī)則及粒徑較大。后續(xù)采用水熱法合成的長余輝納米材料雖水溶性較好，且粒徑較小，但其余輝時間和發(fā)光強度相比于用高溫煅燒法制得的長余輝納米材料要低很多。因此，為獲得高質(zhì)量的長余輝納米材料，進一步拓展長余輝納米材料在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，有研究人員利用介孔二氧化硅為模板合成長余輝納米材料，其很大程度上解決了長余輝納米材料的形貌和尺寸不可控問題，但其在多功能擴展方面仍存在很大的提升空間。因此，如何制備出多功能性長余輝納米材料成為亟需解決的問題。
近日，同濟大學(xué)張兵波課題小組以封面文章的形式首次報道了通過利用碳球為模板合成了一種中空、粒徑可調(diào)和近紅外發(fā)射的多功能長余輝納米材料，該中空結(jié)構(gòu)負載化療藥物或光敏劑用于腫瘤診療一體化。制備原理是將長余輝納米材料的合成嚴格控制在碳球表面。由于碳球表面含有大量的含氧官能團，金屬離子通過螯合作用很容易吸附在碳球表面。受此啟發(fā)，該研究團隊將長余輝納米材料的前體離子吸附在碳球表面，然后通過高溫煅燒原位形成中空的長余輝納米材料（原有的碳球模板可經(jīng)煅燒被完全清除，形成大空腔）。實驗表明可利用不同粒徑碳球為模板合成不同粒徑的中空長余輝納米材料。另外，本研究還利用大空腔結(jié)構(gòu)高效裝載化療和光敏藥物分子進行腫瘤化學(xué)和光動力治療。
圖1.?封面圖
圖2.?以粒徑為300 nm碳球為模板合成中空長余輝納米材料的數(shù)據(jù)表征圖
他們選取粒徑為50 nm的中空長余輝納米材料負載藥物分子用于腫瘤的余輝成像和化療/光動力治療。將中空長余輝納米材料預(yù)先用254 nm紫外燈或白色LED燈照射后，經(jīng)尾靜脈注射到小鼠體內(nèi)，10 min后在Bablc荷瘤小鼠的腫瘤部位觀察到明顯的余輝信號。隨著時間的延長，其在腫瘤部位的余輝信號也隨著消失。在治療方面，與單獨的阿霉素相比，負載阿霉素的中空長余輝納米材料能顯著抑制腫瘤的生長。同時該課題組還利用這種中空長余輝納米材料負載光敏劑酞菁硅用于腫瘤的光動力學(xué)治療，由于這種中空長余輝納米材料的余輝能持續(xù)激發(fā)光敏劑，與單獨光敏劑相比，負載光敏劑的中空長余輝材料能顯著抑制腫瘤生長。
值得一提的是研究數(shù)據(jù)顯示該長余輝探針在活體內(nèi)可根據(jù)需要被白色LED燈反復(fù)激發(fā)蓄能后，仍可檢測其余輝信號進行醫(yī)學(xué)診斷或光醫(yī)學(xué)治療。這種被注入體內(nèi)的中空長余輝納米材料宛如無數(shù)個“夜明珠”，在無任何外部激發(fā)光作用下，仍散發(fā)出光學(xué)能量，利用該能量可進行在體腫瘤光學(xué)增強顯影，也可激發(fā)空腔所攜帶的光敏劑，持續(xù)不斷地產(chǎn)生單線態(tài)氧，達到殺滅腫瘤組織的目的。該策略有效解決了傳統(tǒng)光動力治療所面臨的光穿透力的瓶頸問題?？梢娺@類光響應(yīng)材料將在光醫(yī)學(xué)診療方面擁有巨大的潛能和臨床應(yīng)用價值。
圖3.?中空長余輝納米探針的腫瘤余輝顯像及抗腫瘤研究
這一成果近期發(fā)表在ACS Nano?上，并被選為當期封面進行報道。文章的第一作者為同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生王俊，?該工作是在同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院，同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院光醫(yī)學(xué)研究所，以及生物醫(yī)學(xué)工程與納米科學(xué)研究院完成。該工作得到了中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所張洪武研究員和李金磊博士的大力幫助。本研究受到國家自然科學(xué)面上項目的經(jīng)費支持。
該論文作者為：Jun Wang, Jinlei Li, Jiani Yu, Hongwu Zhang and Bingbo Zhang
Large Hollow Cavity Luminous Nanoparticles with Near-Infrared Persistent Luminescence and Tunable Sizes for Tumor Afterglow Imaging and Chemo-/Photodynamic Therapies. ACS Nano, 2018, 12, 5, 4246-4258.
原文鏈接：
?https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b07606
導(dǎo)師介紹：張兵波
?http://med.#edu.cn/Web/FaultyShow/272?tid=28
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