第一作者：Yongji Wang、Ningqiang Gong
通訊作者：李景虹
通訊單位：清華大學(xué)
光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）納米劑顯示出巨大的癌癥治療潛力。這種納米材料在腫瘤區(qū)域積聚，在那里材料可以將吸收的近紅外（NIR）光能轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致局部高溫殺死癌細(xì)胞。此外，許多此類材料會產(chǎn)生高水平的活性氧（ROS），也可有效誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。
隨著納米技術(shù)的發(fā)展，癌癥治療取得了重大進(jìn)展。這些進(jìn)展包括功能化的金屬納米顆粒、有機(jī)光敏劑、半導(dǎo)體聚合物和2D納米片。與同類產(chǎn)品相比，超薄結(jié)構(gòu)具有出色的抗癌性能。此外，如果納米材料顆粒足夠小，尤其是具有原子級尺寸的納米材料顆粒，那么它們的大表面積會產(chǎn)生許多新的光學(xué)效應(yīng)。還有，可以使用摻雜使這些材料具有新穎的光學(xué)性質(zhì)。因此，這種納米材料可以在癌癥治療學(xué)中具有獨(dú)特的應(yīng)用。
在先前的研究中發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)摻入七鉬酸銨中的硫的量，可以容易地合成原子級的環(huán)狀治療劑，稱之為“原子級納米環(huán)”（A-NRs）。此外，還報(bào)道了硫摻雜對A-NRs的形成至關(guān)重要，無硫源時(shí)，只能獲得MoO2納米粒子，然而，過量的硫摻雜則形成S-MoOx納米片，因此，適當(dāng)?shù)牧驌诫s才會導(dǎo)致晶態(tài)向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變。A-NRs結(jié)構(gòu)限制了其原子和電子的自由度，使S-MoOx A-NRs具有較高的光熱轉(zhuǎn)換效率。此外，與其他幾何形狀的納米材料相比，環(huán)形納米材料顯示出更好的腫瘤堆積。
成果簡介：
有鑒于此，清華大學(xué)李景虹院士等人利用先前研究的原子級納米環(huán)用于生物醫(yī)學(xué)研究，采用DSPE-mPEG2000包覆納米環(huán)，以提高S-MoOx A-NRs的生物相容性。PEG@S-MoOx A-NRs能允許進(jìn)行光聲成像（PAI）引導(dǎo)腫瘤的檢測和PTT/PDT聯(lián)合治療，這被證明是一種有前景的腫瘤治療策略。
圖1. 示意圖
要點(diǎn)1：材料制備與表征
材料表征實(shí)驗(yàn)表明，A-NRs的直徑約為20nm，厚度約為0.5nm，從紅外光譜和粒徑的增加可以看出A-NRs已被成功包覆上PEG層。研究人員還評估了PEG@S-MoOx A-NRs的穩(wěn)定性和光熱轉(zhuǎn)化能力，發(fā)現(xiàn)它們表現(xiàn)出良好的光穩(wěn)定性和膠體穩(wěn)定性以及強(qiáng)的近紅外吸收，而且光熱轉(zhuǎn)化效率相比其他納米粒子都要高。
另外，研究人員發(fā)現(xiàn)PEG@S-MoOx A-NRs在近紅外光照射時(shí)能產(chǎn)生ROS，且在NIR區(qū)域具有強(qiáng)吸收和濃度依賴的PA信號強(qiáng)度。
圖2. 材料制備與表征
要點(diǎn)2：細(xì)胞實(shí)驗(yàn)
研究人員進(jìn)行細(xì)胞相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，S-MoOx A-NRs具有良好的生物相容性，且表明PDT/PTT協(xié)同作用機(jī)制參與了腫瘤細(xì)胞的殺傷。（此處，研究人員使用去除PDT效應(yīng)的試劑：N-乙酰半胱氨酸，進(jìn)行處理）。另外，通過活死細(xì)胞染色和活性氧探針檢測表明S-MoOx A-NRs是體外殺死癌細(xì)胞的良好光療劑。
圖3. 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)
要點(diǎn)3. 體內(nèi)抗腫瘤實(shí)驗(yàn)
研究人員使用體內(nèi)模型研究了三種納米材料的抗腫瘤作用。即：PEG@MoO2納米顆粒，S-MoOx A-NRs或PEG@S-MoOx納米片。PEG@S-MoOx A-NRs顯示出比其他兩種材料更好的治療效果。
另外，在i.v.注射后，PA成像表明，PEG@S-MoOx A-NRs具有更好的腫瘤累積。后面進(jìn)行NIR照射進(jìn)行治療，結(jié)果表明PTT / PDT聯(lián)合治療組的治療效果更好，且在體內(nèi)無毒性。因此，PEG @ S-MoOx A-NRs具有優(yōu)異的光療功效和生物相容性。
圖4. 動物實(shí)驗(yàn)
小結(jié)：
綜上所述，通過合成了原子級超薄硫摻雜的氧化鉬納米環(huán)，并用DSPE-mPEG2000對其進(jìn)行了包覆。這些顆粒在808 nm激光照射下表現(xiàn)出高的光熱轉(zhuǎn)化率和ROS生成能力。所有的體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均表明，PEG@S-MoOx A-NR可用作體內(nèi)的PAI和PTT / PDT協(xié)同治療治療劑。因此，這些A-NRs在未來的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有巨大的潛力。
參考文獻(xiàn)：
Yongji Wang, Ningqiang Gong, Yujie Li, Qichen Lu, Xun Wang, and Jinghong Li. Atomic-Level Nanorings (A-NRs) Therapeutic Agent for Photoacoustic Imaging and Photothermal/Photodynamic Therapy of Cancer. Journal of the American Chemical Society 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b11553
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11553
