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[材料资讯] 董晓臣课题组:热响应纳米材料在肿瘤乏氧可控调节及增强光治疗性能中的应用

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发表于 2019-10-15 17:11:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
与传统肿瘤治疗方法相比,光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT)等光疗技术具有毒性低、创伤小、选择性高等优点。在光治疗过程中,光敏剂在诱导肿瘤组织坏死中发挥重要作用。在光照射下,用于PTT的光敏剂可以将光能转化为热能实现局部热疗以杀死癌细胞,而用于PDT的光敏剂可以将氧气转化为活性氧物质(ROS)以杀死肿瘤细胞。

热响应纳米材料

热响应纳米材料
      在PDT中,氧气通常是ROS产生的关键因素之一。然而,肿瘤细胞的快速增殖和肿瘤血管的不规则发育导致氧气供应不足并最终形成肿瘤内的乏氧微环境,严重限制了PDT的治疗效果。迄今为止,研究者们采取了多种方法来解决肿瘤内的乏氧问题,例如:使用全氟碳作为氧气载体将氧气输送到肿瘤中或采用药物如二甲双胍降低肿瘤细胞消耗氧气的速率,以缓解肿瘤乏氧,但以上方法仍然具有局限性,特别是对于远离血管的肿瘤细胞;另一种解决方案是通过催化剂分解肿瘤细胞内生的H2O2产生氧气,改善肿瘤内的乏氧问题。在不同类型的催化剂中,MnO2基纳米结构由于其与H2O2的独特反应产生氧气而得到广泛研究。然而,MnO2在改善肿瘤乏氧以及提高肿瘤治疗中的功效与肿瘤微环境中有限的H2O2浓度休戚相关;同时,已报道的纳米结构中MnO2并不总是被密封覆盖,导致其在治疗前就已经开始持续消耗H2O2并产生氧气,这些预先生成的氧气会在肿瘤细胞中扩散并被进一步消耗,降低氧气的利用率并限制光动力效果。因此,开发新型的MnO2基纳米结构,实现严格可控的肿瘤内原位产氧,改善肿瘤乏氧和提高PDT效率具有重要意义。
       围绕这一目标,南京工业大学董晓臣课题组应用热响应相变材料(PCM),通过再固化方法实现有机光敏剂(IR780)和超小MnO2纳米颗粒的共同负载,得到的IR780-sMnO2-PCM纳米粒子可实现肿瘤内可控产氧和增强肿瘤光治疗性能。IR780-sMnO2-PCM中疏水性IR780表现出比游离IR780更好的光稳定性;同时,在没有光照条件下,sMnO2与外界H2O2被蜡状PCM隔绝,而在治疗开始时,IR780在光照下产生的热效应可以促使PCM溶解并释放二氧化锰,与外界H2O2快速产生氧气,进一步增强IR780的光动力效果。尾静脉注射后,活体光声成像、荧光成像和体外生物分布检测证明IR780-sMnO2-PCM在肿瘤处有较高的富集;肿瘤乏氧免疫荧光显示,非光照条件下,即使存在二氧化锰,肿瘤内的乏氧也得不到明显的减缓;而光照条件下,肿瘤内部的氧气含量会大幅提升,表明该纳米颗粒可以实现肿瘤内乏氧的精准可控调控。活体PTT和PDT协同治疗证明,光照条件下,注射IR780-sMnO2-PCM的小鼠肿瘤生长比注射IR780-PCM的小鼠得到了更好的抑制效果。该工作中制备的IR780-sMnO2-PCM是一种可以实现可控改善肿瘤内乏氧并实现成像介导光治疗的潜在多功能纳米药剂,为推动肿瘤光治疗的发展提供了更多可能性。相关论文以“Phase‐Change Materials Based Nanoparticles for Controlled Hypoxia Modulation and Enhanced Phototherapy”为题,在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201906805)。


      相变材料(PCM - Phase Change Material)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。 在这两种相变过程中,所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变,形成一个宽的温度平台,虽然温度不变,但吸收或释放的潜热却相当大。相变恒温材料的特点 相变储能建筑材料兼备普通建材和相变材料两者的优点,能够吸收和释放适量的热能;能够和其他传统建筑材料同时使用;不需要特殊的知识和技能来安装使用蓄热建筑材料;能够用标准生产设备生产;在经济效益上有很大的提升空间。


      董晓臣,二级教授、南京工业大学博士生导师,毕业于浙江大学,新加坡南洋理工大学博土后,国家杰出青年科学基金获得者,现任南京工业大学数理科学学院院长,国家奖评审专家、基金委会评专家。主要研究方向:半导体生物光电子和柔性电子材料与器件。在Advanced Materials, Physical Review Letters, ACS Nano, Chemical Society Reviews等国际期刊发表SCI论文220多篇,他引14000多次,单篇最高引用1100多次,ESI高被引论文18篇,申请和授权发明专利15件;长期担任ACS Nano, JACS, Science Advances等国际期刊的审稿人。主持和完成国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金面上项目、江苏省杰出青年科学基金、科技部973计划前期研究专项、江苏省高校自然科学研究重大项日等国家省部级科研项目20余项,入选教育部新世纪优秀人才、江苏省特聘教授、江苏省有突出贡献中青年专家等,荣获江苏省科学技术一、二等奖(2017年,2019年)各一项,江苏省教育科学研究成果二等奖内项(2016年,2018年),教育部高等学校科学研究优秀成果二等奖一项,入选科学中国人2016年度人物。

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