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複合材料研究所科研團隊在癌症診療一體化納米生物材料領域取得新進展[圖]
發布日期:2019/2/21 15:40:21 閱讀次數:143240

近日,金屬基複合材料國家重點實驗室李萬萬研究員科研團隊在癌症診療一體化納米生物材料領域取得了新的研究進展,研究成果以「CT/MRI-Guided Synergistic Radiotherapy and X-ray Inducible Photodynamic Therapy Using Tb-Doped Gd-W-Nanoscintillators」為題,發表在綜合化學領域的權威狀元紅高手資料期刊《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition,2019, 58, 2017-2022)上。該研究報道了一種基於新型鋱(Tb)摻雜鎢酸釓納米閃爍體(GWOT NPs)的多功能納米診療試劑,它不僅實現了對腫瘤組織的雙重造影(X射線計算機斷層掃描(CT)核磁共振成像(MRI))和對腫瘤組織的X射線激發光動力治療(X?PDT)及放療(RT)的協同治療,同時表現出低生物毒性,表明該新型納米閃爍體在深部腫瘤的診斷與治療領域應用前景廣闊。

 

圖1 研究工作的設計思路

X射線激發光動力(X?PDT)通過利用高穿透性X射線作為激發源有望實現傳統光動力(PDT)在腫瘤治療上的革新,使其具備可用於深部腫瘤治療的潛能。納米閃爍體作為X射線能量吸收的基體和將其轉換為可被光敏劑吸收的紫外?可見光的媒介在X?PDT治療過程起著重要的作用,但是目前報道的納米閃爍體均從傳統閃爍體材料納米化而來,材料功能較為單一,因此設計並製備出多功能的新型納米閃爍體成為該領域的熱點和難點。由於對閃爍體基體材料的調控不僅能夠調節X射線熒光光譜以匹配合適的市售光敏劑,在選擇材料的具體組成時還可考慮把其他成像功能和治療功能有機結合起來,如可選擇含有高原子序數元素的材料使基體材料在進行X?PDT的同時還可用於RT和CT成像等,從而構建出多功能納米診療體系。

 

(a) 

 

(b)

圖2 鋱摻雜鎢酸釓納米閃爍體的(a)形貌、組成和發光性能;(b)CT和MRI的成像性能。

稀土摻雜鎢酸鹽納米材料是一類潛在的納米閃爍體,其中鎢酸根離子由於含有高原子序數的鎢元素和內在的能級躍遷特性(np6→nd)而具有X射線吸收特性,經能量轉移後有望通過摻雜元素的能級釋放能量產生熒光。李萬萬研究員研究團隊通過水熱合成方法以及引入表面活性劑,成功製備了尺寸為50 ?100 nm的鋱摻雜鎢酸釓納米材料,發現該納米材料具有很強的X射線激發熒光,表面聚乙二醇修飾后的產物GWOT?PEG NPs的X射線激發熒光光譜峰完全處在光敏劑MC540的吸收範圍內,經物理吸附后可得到約為12.8%負載效率的GWOT@MC540 納米診療試劑,可進行有效的PDT治療。由於Tb3+摻雜的鎢酸釓納米材料中含有多種高原子序數的元素(Gd和W),在進行X?PDT的同時也能夠用於RT。此外,Gd3+本身具有良好的MRI T1造影效果,而W元素等則可具有較好的CT效果。因此該納米材料在瘤內注射后能夠得到非常顯著的雙模態腫瘤成像效果,也可用於MRI和CT成像。小鼠體內腫瘤治療模型表明,X射線激發光動力和放射治療的協同治療效果明顯,在5 Gy的X射線劑量下對腫瘤殺傷與抑制的效果顯著高於6 Gy下的純放射治療效果。相比空白組小鼠腫瘤約為19倍的最終相對體積率,6 Gy協同治療只有3.8倍,僅為20 %。此外,大部分注射到小鼠體內的納米材料在30天內能夠逐漸代謝出小鼠體外,整個過程中小鼠的生理指標以及主要器官病理均沒有出現明顯的變化。顯然,由於GWOT@MC540 納米診療試劑同時具備高穿透性的雙模態(CR/MRI)成像性能和協同治療(X?PDT/RT)的效果,並且只需要X射線一種激發媒介便能夠發揮對深部腫瘤診斷和治療方面的作用,而這兩個治療手段聯用還可有效降低所用X射線的能量,從而減小對患者的輻射副作用,因此具有重要的臨床意義。

 

圖3 GWOT@MC540 NPs應用於小鼠乳腺癌腫瘤的X-PDT/RT協同治療

論文第一作者為於緒江博士,李萬萬研究員為本文的通訊作者。這項工作得到了蘇州大學醫學部放射醫學與防護天線寶寶高手資料的楊凱教授和美國國立衛生研究院((National Institutes of Health, NIH) 陳小元教授的幫助。同時,研究工作得到了國家重點研發計劃納米專項、國家自然科學基金面上項目和台湾市科委基金項目等的資助。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201812272?af=R

[作者]:於緒江

 

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