蘇州大學劉莊Angew. Chem. Int. Ed.：可生物降解的多功能無機納米腫瘤診療試劑

【引言】

光熱療法（PTT），作為一種非傳統的腫瘤治療手段，依賴在近紅外處強吸收的試劑將光能轉變為熱能，從而實現殺死腫瘤細胞的目的。截止目前，已經研究出了許多此類試劑應用到了光熱治療中。另外，研究者們還發現將成像技術同光熱治療相結合可以大大提高腫瘤治療的靶向性和靈敏性。然而，可實現這一功能的無機納米試劑的生物不可降解性極大地阻礙了臨床發展。多年來，人們一直致力于研究出一種多功能的生物可降解的無機納米試劑，其中最常見的莫過于超小納米顆粒，雖然解決了無法排出的問題，但多數時候這是以功能大幅削弱為代價的。因此，發展一種可生物降解的多功能無機納米試劑對于腫瘤診療研究是很有意義的。

【成果簡介】

最近，蘇州大學劉莊教授和程亮副教授（共同通訊）在Angewandte Chemie International Edition上發表了題為“Degradable Vanadium Disulfide Nanostructures with Unique Optical and Magnetic Functions for Cancer Theranostics”的研究論文，文中報道了一種基于VS₂的可降解納米試劑，他們利用PEG修飾的脂質小囊包裹VS₂納米點制備了一種兼具光熱轉換和多模成像功能的納米試VS₂@lipid-PEG，最重要的是該試劑具有生物可降解性且無明顯毒副作用。文中作者利用VS₂@lipid-PEG納米粒子，證實了基于VS₂的體內磁共振成像、光聲成像和單電子發射計算機斷層掃描成像，并實現了VS₂@lipid-PEG納米粒子應用于多模成像指導的光熱治療中，且效果顯著。

【圖文導讀】

圖1：VS₂@lipid-PEG納米顆粒的合成與表征

（a）VS₂@lipid-PEG納米顆粒的構建過程示意圖；
（b）VS₂納米片的TEM圖片；
（c）VS₂@lipid-PEG納米顆粒的TEM圖片；
（d）VS₂納米片和VS₂@lipid-PEG納米顆粒的紫外可見近紅外吸收光譜；
（e）不同濃度VS₂@lipid-PEG納米顆粒在激光（808 nm，0.6 W/cm²）照射下的升溫曲線；
（f）VS₂@lipid-PEG (200 mgmL^-1)納米顆粒激光照射5 min后關閉的光熱轉換效率；
（g）激光照射下，VS₂@lipid-PEG (200 mgmL^-1)納米顆粒的光熱穩定性。

圖2：體內多模成像及光熱治療

（a）磁共振T₁加權像和r1弛豫速率隨VS₂@lipid-PEG溶液中V摩爾濃度的變化曲線：
（b）注射VS₂@lipid-PEG的4T1腫瘤小鼠在不同時間點的磁共振T1加權像；
（c）不同時間點腫瘤處磁共振信號的定量比較；
（d）腫瘤小鼠在注射前以及注射VS₂@lipid-PEG納米顆粒6小時和24小時后的光聲成像（PA）；
（e）腫瘤位點光聲信號的定量比較；
（f）注射^99mTc-VS₂@lipid-PEG (500 mCi)后不同時間點4T1腫瘤小鼠的SPECT成像；
（g）注射24小時后VS₂@lipid-PEG納米顆粒在體內的生物分布；
（h）注射VS₂@lipid-PEG納米顆粒24小時進行激光照射的紅外熱致成像圖；
（i）注射VS₂@lipid-PEG納米顆粒24小時進行激光照射的腫瘤溫度隨時間變化曲線；
（j）不同實驗組小鼠在經過不同的治療后腫瘤體積的變化曲線。

圖3： VS₂@lipid-PEG納米顆粒的體內清除行為與機理

（a）1，7，14，30天后VS₂@lipid-PEG納米顆粒在小鼠體內的生物分布；
（b）注射1，7，14，30天后糞便及尿液中測得的V的質量；
（c）VS₂@lipid-PEG納米顆粒在空氣中暴露1，7，14，30天后的紫外可見近紅外吸收光譜；
（d）VS₂@lipid-PEG納米顆粒在空氣中暴露1，7，14，30天后的數碼照片；
（e）VS₂@lipid-PEG納米顆粒30天降解前后的TEM圖片；
（f）新制VS₂@lipid-PEG納米顆粒的XPS譜圖；
（g）降解14天后VS₂@lipid-PEG納米顆粒的XPS譜圖；
（h）VS₂@lipid-PEG納米顆粒在體內氧化、降解、排出的機理解釋示意圖。

【小結】

本文制備了一種基于VS₂的可生物降解的無機納米試劑并將其應用于多模態成像和腫瘤光熱治療中，表現出很好的腫瘤治療效果，推動了腫瘤光熱治療研究的發展。

文獻鏈接：Degradable Vanadium Disulfide Nanostructures with Unique Optical and Magnetic Functions for Cancer Theranostics. (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201707128)

團隊介紹：

劉莊教授于2004年在北京大學獲學士學位；2008年美國斯坦福大學獲博士學位；2009年6月加入蘇州大學功能納米與軟物質研究院。近年來在納米生物醫學材料與腫瘤納米技術領域從事研究，共發表學術論文200余篇，論文總引用超過29,000次，SCI H-index = 82。2012年獲基金委優秀青年基金資助；2013年入選百千萬人才工程國家級人選； 2015年獲國家杰出青年基金資助；2015年入選中組部萬人計劃“青年拔尖人才”；2016年入選科技部“中青年科技創新領軍人才”；2016年獲江蘇省科學技術一等獎（第一完成人）；2017年獲Biomaterials Science Lectureship。2015年受邀成為英國皇家化學會Fellow；2015、2016年連續入選Thomson Reuters發布的“全球高引用科學家名錄”（Highly Cited Researchers）（化學、材料）；擔任生物材料領域國際著名期刊Biomaterials雜志副主編和多個國際主流期刊編委。

程亮副教授于2012年6月在蘇州大學獲博士學位，之后留校工作。近年來主要研究方向是功能納米材料設計及其在生物成像和癌癥治療等方面的應用。在國際學術期刊共發表學術論文共100余篇，其中第一或通訊作者論文40余篇，部分發表在Chem Rev, Angew Chem, Adv Mater, ACS Nano, Adv Funct Mater, Biomaterials等上。論文總引用超過6000次，H-index因子為44，并獲得多項科研項目資助。

團隊近期代表性工作：

1. Chen, Q.; Xu, L.; Liang, C.; Wang, C.; Peng, R.; Liu, Z. Photothermal Therapy with Immune-adjuvant Nanoparticles together with Checkpoint Blockade for Effective Cancer Immunotherapy. Nature Communications 2016, 7, 13193.
2. Chen, Q.; Liang, C.; Sun, X.; Chen, J.; Yang, Z.; Zhao, H.; Feng, L.; Liu, Z. H2O2-Responsive Liposomal Nanoprobe for Photoacoustic Inflammation Imaging and Tumor Theranostics via in vivo Chromogenic Assay. Proceedings of the National Academy of Sciences 2017, 114, 5343-5348.
3. Song, G.; Cheng, L.; Chao, Y.; Yang, K.; Liu, Z. Emerging Nanotechnology and Advanced Materials for Cancer Radiation Therapy. Advanced Materials, 2017, DOI:10.1002/adma.201700996.
4. Gao, M.; Liang, C.; Song, X.; Chen, Q.; Jin, Q.; Wang, C.; Liu, Z. Erythrocyte-Membrane-Enveloped Perfluorocarbon as Nanoscale Artificial Red Blood Cells to Relieve Tumor Hypoxia and Enhance Cancer Radiotherapy. Advanced Materials, 2017, DOI: 10.1002/adma.201701429
5. Yang, Y.; Zhu, W.; Dong, Z.; Chao, Y.; Xu, L.; Chen, M.; Liu, Z. 1D Coordination Polymer Nanofibers for Low-Temperature Photothermal Therapy. Advanced Materials, 2017. DOI: 10.1002/adma.201703588
6. Chen, Y.; Cheng, L.; Dong, Z.; Chao, Y.; Lei, H.; Zhao, H.; Wang, J.; Liu, Z. Degradable Vanadium Disulfide Nanostructures with Unique Optical and Magnetic Functions for Cancer Theranostics. Angewandte Chemie International Edition, 2017, DOI: 10.1002/anie.201707128
7. Shen, S.; Jiang, D.; Cheng, L.; Chao, Y.; Nie, K.; Dong, Z.; Kutyreff, C. J.; Engle, J. W.; Huang, P.; Cai, W.; Liu, Z. Renal-Clearable Ultrasmall Coordination Polymer Nanodots for Chelator-Free 64Cu-Labeling and Imaging-Guided Enhanced Radiotherapy of Cancer. ACS Nano 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b03857
8. Feng, L.; Cheng, L.; Dong, Z.; Tao, D.; Barnhart, T. E.; Cai, W.; Chen, M.; Liu, Z. Theranostic Liposomes with Hypoxia-Activated Prodrug to Effectively Destruct Hypoxic Tumors Post-Photodynamic Therapy. ACS Nano 2017, 11, 927-937.
9. Xu, J.; Xu, L.; Wang, C.; Yang, R.; Zhuang, Q.; Han, X.; Dong, Z.; Zhu, W.; Peng, R.; Liu, Z. Near-Infrared-Triggered Photodynamic Therapy with Multitasking Upconversion Nanoparticles in Combination with Checkpoint Blockade for Immunotherapy of Colorectal Cancer. ACS Nano 2017, 11, 4463-4474.

本文由材料人編輯部生物材料組Jing供稿，材料牛編輯整理。

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