ACS Nano: 單分散Au?Fe2C異質納米顆粒用于三模式成像引導腫瘤光熱治療

【引言】

近年來，成像引導的光熱治療是癌癥精確治療的新興研究方向。然而制備具有穩定結構的用于光熱和多模式成像治療的多組分納米平臺依然是一項不小的挑戰。目前，許多多模式納米藥物均是通過包載或共價連接成像模塊來實現多模式成像功能。然而這樣制得的納米材料存在藥物個體泄漏的危險，進而這種不穩定結構會影響臨床醫學應用。相較而言，雙面納米顆粒能夠同時呈現出兩種不同的材料及其表面化學性質，憑借固有的成像和治療性能，可以作為能夠在體內更加穩定的一體化診療材料。

【成果簡介】

近日，北京大學侯仰龍教授、浙江工業大學的余靚副教授以及中國人民解放軍307醫院的盛復庚（共同通訊作者）在ACS Nano上發表了題為“Monodisperse Au?Fe₂C Janus Nanoparticles: An Attractive Multifunctional Material for Triple-Modal Imaging-Guided Tumor Photothermal Therapy”的文章。在這項工作中，研究人員合成了一種12nm的單分散Au?Fe₂C雙面納米顆粒（JNPs）。這種納米在近紅外區域具有光譜光吸收特性，體外808nm光輻射的光熱轉換效率可以達到30.2%。結合該材料的磁性特征，研究人員實現了磁共振/多譜光聲/CT三模式成像引導下的活體光熱治療。

【圖文導讀】

圖1：Au?Fe₂C JNPs的合成示意圖、結構及性能表征

(A) Au?Fe₂C JNPs的合成示意圖；

(B) Au?Fe₂C JNPs及Au?Fe異質結構的XRD表征；

(C) Au?Fe異質結構的TEM；

(D) Au?Fe異質結構的HRTEM；

(E) Au?Fe₂C JNPs的TEM；

(F) Au?Fe₂C JNPs的HRTEM；

(G) Au NPs、Au?Fe異質結構以及Au?Fe₂C JNPs的紫外吸收光譜。

圖2：Au?Fe₂C-PEG JNPs的相關表征

(A) Au?Fe₂C-PEG JNPs的TEM以及HRTEM；

(B) Au?Fe₂C-PEG JNPs的紫外吸收光譜；

(C) 瓊脂凝膠中的Au?Fe₂C-PEG JNPs的MSOT成像；

(D) Au?Fe₂C-PEG JNPs的光聲信號譜；

(E) Au?Fe₂C-PEG JNPs的光聲信號強度與材料濃度的線性關系；

(F) Au?Fe₂C-PEG JNPs的T₂馳豫率。

圖3：Au?Fe₂C JNPs的光熱性能

(A) 1W/cm²激光輻照下的Au?Fe₂C-PEG JNPs溶液溫度；

(B) 5分鐘激光輻照下溫度改變與鐵濃度的關系；

(C) 不同強度激光輻照下的Au?Fe₂C-PEG JNPs溶液溫度；

(D) 激光開啟/關閉下的Au?Fe₂C-PEG JNPs光熱性能。

圖4：Au?Fe₂C-PEG JNPs的體外表征

(A) Au?Fe₂C-PEG JNPs的細胞毒性；

(B) Au?Fe₂C-PEG JNPs以及Au?Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs在808nm激光處的細胞光熱治療；

(C) 細胞光熱治療的熒光顯微圖像。

圖5：Au?Fe₂C JNPs的體內成像

(A) Au?Fe₂C-PEG JNPs以及Au?Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs在荷瘤小鼠中的實時T₂加權磁共振成像；

(B) 腫瘤內相對磁共振信號強度；

(C) Au?Fe₂C-PEG JNPs以及Au?Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs的體內MSOT成像；

(D) 3D重建的CT成像。

圖6：活體光熱治療效力及毒性評價

(A) Au?Fe₂C-PEG JNPs以及Au?Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs的體內熱紅外成像；

(B) 分別注射了Au?Fe₂C-PEG JNPs以及Au?Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs的小鼠在激光輻照下的溫度改變曲線；

(C) 腫瘤體積生長曲線；

(D) 小鼠體重曲線；

(E) 腫瘤組織的數碼照片；

(F) 腫瘤組織切片的H&E染色。

【小結】

該項工作成功制備了Au?Fe₂C JNPs并將其作為MRI/MSOT/CT三模式成像引導的光熱治療藥物，可用于癌癥的精準診斷和高效治療。此外，研究通過成像技術還發現親和體偶聯的Au?Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs相比起無靶向的Au?Fe₂C-PEG JNPs擁有更高的腫瘤聚集程度和更深的腫瘤穿透能力，并且這種親和體偶聯的JNPs光熱消融能力不受影響，也不具有副作用。因此，Au?Fe₂C JNPs是一種面向癌癥精確診療的多功能化納米平臺。

文獻信息：Monodisperse Au?Fe2C Janus Nanoparticles: An Attractive Multifunctional Material for Triple-Modal Imaging-Guided Tumor Photothermal Therapy（ACS Nano., 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04461）

侯仰龍，教育部長江學者特聘教授，國家杰出青年科學基金獲得者，萬人計劃科技創新領軍人才，北京大學教授、博士生導師。主要從事多功能磁性材料、新能源材料的控制合成及其在納米生物醫學與能源領域的應用探索研究。發展了單分散磁性納米材料的通用制備方法，提出了自下而上的納米耦合磁體化學制備新策略，探索了磁性納米顆粒在腫瘤等重大疾病的診斷與治療的應用；設計制備了若干納米結構雜化材料用于高性能的鋰電池電極等。迄今發表學術論文120余篇，在國際和各類雙邊會議上作大會或分會邀請報告40余次。正主持國家重點研發計劃、國家自然科學基金委重大項目、重點項目等研究。現任Advanced Science (Wiley)、Scientific Reports (NPG)、Science China Materials、Rare Metals等期刊編委。

磁性納米顆粒的生物醫學應用研究代表性成果：

[1] Y. Hou and D. J. Sellmyer, Ed. Magnetic Nanomaterials, Fundamental, Synthesis and Applications, 2017, ISBN: 978-3-527-34134-4, John Wiley＆Son.

[2] J. Yu, Y. Ju, L. Zhao, X. Chu, W. Yang, Y, Tian, F. Sheng, J. Lin, F. Liu, Y. Dong and Y. Hou, Multi-Stimuli-Regulated Photo-Chemothermal Cancer Therapy Remotely Controlled via Fe₅C₂ Nanoparticles, ACS Nano, 2016, 10, 159?169.

[3] J. Yu, C. Yang, J. Li, Y. Ding, L. Zhang, M. Z. Yousaf, J. Li., R. Pang, L. Wei, L. Xu, F. Sheng, C. Li, G. Li, L. Zhao, and Y. Hou, Multifunctional Fe₅C₂ Nanoparticles: a Targeted Theranostic Platform for Magnetic Resonance Imaging and Photoacoustic Tomography-Guided Photothermal Therapy, Adv. Mater., 2014, 26, 4114–4120.

[4] R. Hao, R. Xing, Z. Xu, Y. Hou, S. Gao and S. Sun, Synthesis, Functionalization and Biomedical Applications of Multifunctional Magnetic Nanoparticles.?Adv. Mater.,?2010, 22, 2729–2742.

本文由材料人編輯部生物材料組nanoCJ編輯整理，材料牛整理編輯。

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