ACS Nano：二維石墨烯增強TiO2基聲敏劑聲催化效率用于聲動力學治療

Jing 6年前 (2017-09-13) 15175瀏覽

【引言】

理想的癌癥治療方法需要實現腫瘤特異性，靶向腫瘤位點殺死癌細胞，而又不會對正常的組織和器官產生傷害。為了實現靶向治療，許多科學家致力于有關腫瘤微環境響應型的療法研究。但是，這些療法實際上都或多或少的受到腫瘤的類型和位置，不同病人之間個體差異的影響，致使其靈敏性和特異性都很低，達不到臨床水平。相比之下，外部觸發劑卻可以精準、可控地靶向腫瘤位點。不過，大家熟知的放射療法和光動力學療法（PDT）也存在副作用大、穿透性差的缺點。

異軍突起的聲動力學療法（SDT），是利用超聲波活化聲敏劑，產生具有殺死腫瘤細胞作用的活性氧，從而達到治療目的。雖原理上同光動力學療法有類似之處，但超聲波的非侵入性和強組織穿透性使其在臨床應用上更具潛力！目前，聲動力學療法的阻礙在于聲敏劑穩定性差、易排出及效率低等問題，因此，未來研究的著力點也將在開發新型的聲敏劑，提高活化效率等方面。

【成果簡介】

最近，同濟大學醫學院的吳蓉副教授、復旦大學附屬腫瘤醫院的張盛箭副教授以及上海硅酸鹽研究所陳雨研究員（共同通訊）在ACS Nano上發表了題為“Two-Dimensional Graphene Augments Nanosonosensitized Sonocatalytic Tumor Eradication”的研究論文，文中報道了將二維還原石墨烯納米片同TiO₂基聲敏劑整合，大幅提升聲動力學治療效率的工作，二維石墨烯超高的電導率有利于電子-空穴對的分離，而其光熱轉換能力又使SDT/PTT協同治療效率顯著增強。這項工作給大家提供了一種增強TiO₂基聲敏劑催化效率的方法，同時也證實了新型聲敏劑可以提高聲動力學治療腫瘤的效率。

【圖文導讀】

圖1：MnO_x/TiO₂-GR-PVP的合成及磁共振成像指導的SDT/PTT協同療法

（a）MnO_x/TiO₂-GR-PVP的合成示意圖；
（b）MnO_x/TiO₂-GR-PVP用于腫瘤治療的原理圖。

圖2：TiO₂-GR 和 MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的表征

（a）高分散GO納米片的TEM圖片；
（b）TiO₂-GR納米復合物的TEM圖片；
（c）TiO₂-GR納米復合物的SEM圖片；
（d）TiO₂-GR納米復合物的高分辨TEM圖片；
（e）TiO₂和MnO_x在GR納米片表面生長的三維示意圖；
（f）MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的TEM圖片；
（g）MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的SEM圖片。

圖3：MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的結構組成表征

（a）MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的SEM元素面掃圖，包括C，O，Ti，Mn四種元素；
（b）MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的EDS譜圖；
（c）MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的EELS譜圖；
（d）MnO_x/TiO₂-GR和MnO_x/TiO₂-GR-PVP納米片的動態光散射的粒徑分布；
（e）GO和TiO₂間Ti-C鍵的三維示意圖；
（f）在C1s區域MnO_x/TiO₂-GR的XPS圖譜；
（g）在Ti2p區域MnO_x/TiO₂-GR的XPS圖譜。

圖4：MnO_x/TiO₂-GR納米復合物的體外聲催化和光熱試驗

（a）GR增強聲動力學療法中納米TiO₂聲敏劑效率的原理圖；
（b）EIS測試的MnO_x/TiO₂-GR和TiO2的奈氏圖；
（c）TiO₂和MnO_x/TiO₂-GR存在時，紫外線持續照射下DPBF的紫外-可見吸收光譜；
（d）TiO₂和MnO_x/TiO₂-GR分別存在時，在不同輻射時間下，DPFB在410 nm處的相對吸收的衰減曲線；
（e）MnO_x/TiO₂-GR濃度在4.69， 9.38， 18.8， 37.5 和 75.0 ppm時的紫外吸收光譜；
（f）不同濃度的MnO_x/TiO₂-GR在808 nm激光（2.0 W cm^-2）照射下的光熱曲線；
（g）激光（808 nm，2.0 W cm^-2）輻射下MnO_x/TiO₂-GR的光熱效率；
（h）熱轉移的時間常數為146.71s；
（i）五個激光（808 nm，2.0 W cm^-2）輻射周期下，MnO_x/TiO₂-GR的循環加熱曲線。

圖5：體外SDT/PTT協同腫瘤治療

（a）4T1細胞分別于不同濃度的MnO_x/TiO₂-GR-PVP納米復合物孵育24及48小時后的相對活性；
（b）MnO_x/TiO₂-GR-PVP用于SDT/PTT協同治療腫瘤的原理圖；
（c）4T1細胞同FITC標記的MnO_x/TiO₂-GR-PVP孵育0，1，2，4和8小時后的CLSM圖，比例尺為20 μm；
（d）4T1細胞在經過不同處理后的相對存活率，包括不加任何試劑（空白對照），只加MnOx/TiO2-GR-PVP，單一激光照射，單一超聲，TiO₂-PEG結合超聲，MnO_x/TiO₂-GR-PVP結合超聲，MnO_x/TiO₂-GR-PVP結合激光照射以及MnO_x/TiO₂-GR-PVP、激光、超聲聯用；
（e）不同處理條件下的4T1細胞，采用鈣黃綠素AM和碘化丙啶溶液染色后的CLSM圖片。

圖6：體內及體外MnO_x/TiO₂-GR-PVP作用下的腫瘤對比增強pH響應的磁共振成像

（a）微酸性的腫瘤微環境下MnO_x/TiO₂-GR-PVP中Mn-O鍵斷裂的示意圖；
（b）不同pH的緩沖液中濕潤4小時后，MnO_x/TiO₂-GR-PVP的Mn濃度同1/T₁的關系；
（c）體外，MnO_x/TiO₂-GR-PVP在不同pH的緩沖液中濕潤4小時后的磁共振T₁加權像；
（d）不同pH的緩沖液中濕潤4小時后，MnO_x/TiO₂-GR-PVP的Mn濃度同1/T₂的關系；
（e）體外，MnO_x/TiO₂-GR-PVP在不同pH的緩沖液中濕潤4小時后的磁共振T₂加權像；
（f）乳腺癌小鼠靜脈注射MnO_x/TiO₂-GR-PVP納米片后，不同時間的T₁加權像；
（g）乳腺癌小鼠靜脈注射MnO_x/TiO₂-GR-PVP納米片后，不同時間的相應磁共振成像信號強度。

圖7：SDT/PTT協同療法的體內實驗

（a）給腫瘤小鼠靜脈注射MnO_x/TiO₂-GR-PVP納米片3 h和24 h后，其在體內的分布；
（b）靜脈注射MnO_x/TiO₂-GR-PVP納米片后的血液循環曲線；
（c）根據血液循環曲線中濃度與時間的關系所得的消除速率曲線；
（d）接受和不接受靜脈注射MnO_x/TiO₂-GR-PVP納米片的乳腺癌裸鼠在激光照射不同時間后的紅外熱成像圖；
（e）在乳腺癌裸鼠腫瘤部位激光持續照射600s的溫度變化；
（f）使用SDT和PTT的腫瘤治療方案；
（g）不同治療方案下腫瘤體積隨時間的變化曲線；
（h）不同治療方案下小鼠的體重隨時間的變化曲線；
（i）不同方法治療后小鼠腫瘤的數碼照片；
（j）不同方法治療后腫瘤組織染色后的圖片，其中（I-VIII）：不加任何試劑（空白對照），只加MnO_x/TiO₂-GR-PVP，單一激光照射，單一超聲，TiO₂-PEG結合超聲，MnO_x/TiO₂-GR-PVP結合超聲，MnO_x/TiO₂-GR-PVP結合激光照射以及MnO_x/TiO₂-GR-PVP、激光、超聲聯用。