Adv. Mater：生物可降解的光響應“納米搖鈴”實現癌癥診療一體化

【引言】
將診斷和精準治療相結合的多功能納米平臺用于癌癥的診斷與治療，在納米生物技術方面表現出巨大的潛力。在不同的生物成像技術中，超聲成像因具有實時成像、對組織無損傷、花費低等優點，成為臨床上普遍應用的診斷技術。裝載各種治療劑的微泡則被廣泛用作超聲造影劑（UCAs）。通常來說超聲造影劑是由惰性的全氟化碳氣體和聚合物或蛋白質組合而成，但是惰性氣體在體溫的環境下會發生膨脹而從松散的外殼中擴散出來，因而半衰期很短（<20 min）；另外，微泡的直徑較大（通常為1-8 μm），進一步阻礙了造影劑在非微米血管組織周圍的滲透。因此，提高超聲造影劑的穩定性和腫瘤穿透性對研究者來說仍然是重大的挑戰。

【成果簡介】
近日，深圳大學黃鵬教授和溫州大學楊云研究員（共同通訊作者）團隊在Advanced Materials在線發表了一篇題為“Light-Responsive Biodegradable Nanorattles for Cancer Theranostics”的文章，介紹了一種生物可降解的光響應納米搖鈴，可以在激光激發下利用超聲/光聲雙模態成像對癌癥進行診斷，同時實現癌癥光熱治療。該研究最大的創新點在于研究者將金納米棒（GNR）與全氟戊烷（PFP）同時負載到介孔二氧化硅中，得到光響應納米搖鈴：GNR@SiO2-PFP，利用GNR的光熱效應激發PFP產生微泡得到高質量的圖像，同時實現對癌癥的光熱治療作用；另外，利用介孔二氧化硅作為載體，不僅可以延長其血液循環時間，而且可生物降解降低體內毒性。這一材料的發明為后續癌癥的診斷與治療研究提供了新的方向和思路。

【圖文導讀】

圖1. GNR@SiO2-PFP納米搖鈴的表征

a） GNR@ZnO的TEM表征。

b） GNR@SiO2的TEM表征。

c） GNR@SiO2的SEM表征。

d） GNR、GNR@ZnO和GNR@SiO2溶液照片。

e） GNR和GNR@SiO2 的UV-vis-NIR光譜。

f） pH7.4環境下GNR和GNR@SiO2 的Zeta電位。

圖2. GNR@SiO2-PFP在體外產生微泡過程表征

a） 808 nm，1 W/cm2，5 min條件下PBS和不同濃度的GNR@SiO2溶液（5,10,20,40,80 ppm of Au）的升溫曲線。

b） PFP的GC-MS色譜圖。

c） 42 ℃加熱2 min后氣泡產生情況。

d-e) 激光照射前后GNR@SiO2-PFP產生氣泡的照片（808 nm，1 W/cm2，5 min）。

f-g) GNR@SiO2-PFP孵育后激光照射下A375細胞內產生氣泡的照片（808 nm，1 W/cm2，5 min）。

圖3. 孵育GNR@SiO2-PFP后A375細胞的生物電鏡表征

a-b) GNR@SiO2-PFP孵育2小時后A375細胞的bio-TEM表征。

c-d) GNR@SiO2-PFP孵育5小時后A375細胞的bio-TEM表征。

e-f) GNR@SiO2-PFP孵育24小時后A375細胞的bio-TEM表征。

圖4. 體外細胞實驗

a） A375細胞分別孵育不同濃度（0-100 ppm）GNR@SiO2和GNR@SiO2-PFP納米粒子24小時后的細胞毒性實驗。

b） A375細胞孵育GNR@SiO224小時后激光照射（808 nm，1 W/cm2）不同時間的細胞活性實驗（**P<0.01，***P<0.001）。

c） 不同處理方式處理A375后死/活細胞雙染結果（calcein AM：活細胞，綠色熒光；PI：死細胞，紅色熒光；GNR@SiO2內Au含量：25 ppm；808 nm，1 W/cm2，5 min）。

圖5. 超聲和光聲（US/PA）成像

a） GNR@SiO2-PFP溶液加熱前后以及激光照射后體外超聲成像圖（Au：10 ppm）。

b） GNR@SiO2-PFP溶液加熱前后以及激光照射后體外超聲成像圖對應的灰度值（Au：10 ppm）。c） 不同濃度下GNR@SiO2-PFP溶液的體外光聲成像圖（OD：0.25-1.5）。

d） GNR@SiO2-PFP注射前后及激光照射前后的體內超聲成像圖。

e） GNR@SiO2-PFP注射前后及激光照射前后腫瘤組織的超聲信號灰度值。

f） GNR@SiO2-PFP注射前以及注射后不同時間點的光聲成像圖。

g） GNR@SiO2-PFP注射前以及注射后不同時間點的光聲信號值。

圖6. GNR@SiO2-PFP對A375腫瘤老鼠體內治療效果評價

a） PBS和GNR@SiO2-PFP注射24小時后激光照射老鼠的熱成像示意圖。

b） PBS和GNR@SiO2-PFP注射24小時后激光照射老鼠的溫度變化。

c） 腫瘤體積的相對生長曲線。

d） 不同處理方式處理18天后腫瘤質量。

e） 不同處理組老鼠的照片。

f） 不同處理組老鼠腫瘤切片的H&E表征。

【小結】
GNR@SiO2-PFP納米搖鈴通過光響應可以釋放微泡使超聲成像質量提高，同時微泡可以穿透非微血管，增加腫瘤部位材料的富集；而且可在US/PA雙模態成像的介導下對黑色素瘤進行光熱治療。這一納米搖鈴的發明實現了癌癥的診療一體化，隨著納米醫學的發展，該研究為癌癥的診斷與治療提供了新的研究思路。

文獻鏈接：Light-Responsive Biodegradable Nanorattles for Cancer Theranostics（Advanced. Materials.，2017，DOI: 10.1002/adma.201706150）

本文由材料人編輯部南渡編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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