楊武利課題組開發(fā)出天然納米材料用于腫瘤光熱治療
光熱治療作為一種新興的治療腫瘤的手段受到研究人員的廣泛關注。納米光熱治療技術具有適用范圍廣、非侵入、選擇性強、過程簡單、正常組織損傷小等優(yōu)點，在腫瘤治療、藥物釋控、光控植入材料等領域展現(xiàn)出巨大的應用價值。然而，目前常用的納米光熱轉(zhuǎn)換材料在體內(nèi)往往難以降解，這使得它們很難獲得國際醫(yī)療審核機構(如：FDA)的批準，難以步入臨床應用。開發(fā)性能優(yōu)越并且生物可降解的納米材料，是相關研究人員一直以來的追求。
近來，楊武利教授課題組與藥學院龐志清副研究員、腫瘤醫(yī)院王勝博士合作，從日常生活中驚奇發(fā)現(xiàn)，他們從墨魚汁中提取出天然的黑色素納米顆粒，并在前期工作 (Biomaterials, 2016, 92, 13 & 2017, 143, 130) 的基礎上，利用生物仿生技術，制備出紅細胞膜偽裝的黑色素納米粒子(Melanin@RBC)可用于腫瘤的增強光熱治療(如圖1所示)。?
圖1 紅細胞膜偽裝的黑色素納米粒子(Melanin@RBC)用于腫瘤的增強光熱治療
研究發(fā)現(xiàn)，從墨魚汁中獲取的天然黑色素納米粒子不僅在近紅外區(qū)域展現(xiàn)出強的吸收，且光熱轉(zhuǎn)換效率(40%)顯著高于人工合成的類黑色素聚多巴胺納米粒子(?29%)；紅細胞膜殼層有效保留了黑色素優(yōu)異的光熱性能，提高了其在體內(nèi)的長循環(huán)能力，從而增強了納米粒子在腫瘤部位的富集(如圖2所示)。作為一種可降解的天然生物高分子，黑色素能夠有效被過氧化氫降解，其DC50濃度(half maximal degradation concentration)僅為0.86 mM，顯著低于人工合成的聚多巴胺納米粒子(4.56 mM) 。細胞和動物實驗都表明，Melanin@RBC具有良好的生物安全性和腫瘤被動靶向性，并表現(xiàn)出良好的光熱治療效果，應用808 nm近紅外光照5分鐘，即可有效殺傷腫瘤(實驗組五只荷瘤鼠中三只完全消除腫瘤)。這種新型生物可降解的天然光熱轉(zhuǎn)換材料的成功開發(fā)，有望推動光熱治療技術的實際應用。
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圖2 a)純黑色素納米粒子的透射電鏡圖, 標尺為100 nm; b)不同濃度的純黑色素水分散液的溫度變化曲線(808 nm, 2 W/cm2); c)紅細胞膜偽裝的黑色素納米粒子的透射電鏡圖, 插圖為醋酸鈾負染后的透射電鏡圖, 標尺為100 nm; d)紅細胞膜偽裝的黑色素納米粒子在腫瘤部位的超聲及光聲成像; e)紅細胞膜偽裝的黑色素納米粒子和純黑色素納米粒子的藥代動力學曲線，插圖為納米顆粒在尾靜脈注射24 h后的血液保留值; f)紅細胞膜偽裝的黑色素納米粒子和純黑色素納米粒子尾靜脈注射4 h后在不同器官及腫瘤部位的分布; g)紅細胞膜偽裝的黑色素納米粒子和純黑色素納米粒子對A549腫瘤的抑制生長.
除此之外，楊武利教授團隊還將中國傳統(tǒng)墨水-胡開文墨(Hu-ink)作為光熱轉(zhuǎn)換材料，用于腫瘤前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的可視化示蹤及光熱治療(如圖3所示)。研究表明，Hu-ink在水溶液中分散性好，且表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱性能，在808 nm 激光照射下，Hu-ink分散液(100 ?g/mL)溫度可顯著升高55 ?C。動物實驗表明制備的Hu-ink通過腫瘤原位注射，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的黑染和光聲成像指導下的光熱治療，成功地抑制了腫瘤的淋巴轉(zhuǎn)移。
圖3 中國傳統(tǒng)墨水胡開文墨用于腫瘤前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的光熱治療
這兩個工作近期相繼發(fā)表在Biomaterials和ACS Omega上，論文第一作者分別是博士后姜琴、王勝博士。詳見：
Qin Jiang, Zimiao Luo, Yongzhi Men, Peng Yang, Haibao Peng, Ranran Guo, Ye Tian, Zhiqing Pang?, Wuli Yang?, Red blood cell membrane-camouflaged melanin nanoparticles for enhanced photothermal therapy, Biomaterials, 2017, 143: 29;?
Sheng Wang, Yongbin Cao, Qin Zhang, Haibao Peng, Lei Liang, Qingguo Li, Shun Shen, Aimaier Tuerdi, Ye Xu, Sanjun Cai, Wuli Yang*, New application of old material: Chinese traditional ink for photothermal therapy of metastatic lymph nodes, ACS Omega, 2017, 2(8): 5170.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.07.027
http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsomega.7b00993
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