東華大學史向陽教授團隊Chem. Soc. Rev.綜述: 構建多功能化的四氧化三鐵雜化納米平臺用于癌癥的診斷和治療

【引言】

在過去數十年中，納米材料因具有納米級理化效應，吸引了越來越多科學家致力于納米醫學（nanomedicine）領域的研究。其中，超順磁性氧化鐵（Fe₃O₄）納米顆粒因具有良好的生物相容性、膠體穩定性（修飾后）、磁學性能和表面易修飾等優點，在疾病的診斷和治療中有著巨大的潛力。

【成果簡介】

2018年1月29日，Chemical Society Reviews在線發表東華大學沈明武教授、史向陽教授（共同通訊作者）團隊的長文綜述“Construction of iron oxide nanoparticle-based hybrid platforms for tumor imaging and therapy”（DOI: 10.1039/c7cs00657h）。文章從多個角度介紹了多功能Fe₃O₄雜化納米平臺的構建和醫學應用（如圖1）。

圖1 Fe₃O₄雜化納米平臺的構建及在醫學領域中的應用

【圖文導讀】

1、Fe3O4納米顆粒的合成

首先，文章列舉了Fe₃O₄納米顆粒的化學合成方式，其中重點介紹的方法包括: 控制共沉淀法、熱分解法、水熱/溶劑熱法、溫和還原法等。并從反應溫度、氣氛、溶劑、時間、顆粒尺寸和分布、弛豫性能、形貌控制等方面進行比較（如表1）。

2、Fe3O4納米顆粒的修飾

其次，文章概述了二氧化硅、硅烷偶聯劑、高分子聚合物（聚乙烯亞胺、樹狀大分子、聚乙二醇等）、小分子靶向試劑（葉酸、多肽、乳糖酸等）等在Fe₃O₄納米顆粒表面修飾上的進展。納米材料的表面修飾不僅進一步提高它的膠體穩定性和生物相容性，還賦予它對癌細胞的靶向能力。如圖2，Wang和Shi等人利用層層自組裝（LbL）技術，將帶有負電荷的聚電解質聚苯乙烯磺酸鹽和帶有正電荷的樹狀大分子（葉酸和異硫氰酸熒光素修飾的）組裝到Fe₃O₄納米顆粒表面，制備出的樹狀大分子包被的葉酸靶向的Fe₃O₄雜化納米平臺對癌細胞有很好的靶向識別能力。

圖2 樹狀大分子包被的葉酸靶向的Fe₃O₄雜化納米平臺的合成示意圖（a）和該納米平臺對腫瘤細胞特異性靶向實驗（共聚焦顯微鏡成像圖片b、c和d，流式細胞術分析結果e）

3、多功能Fe3O4雜化納米平臺在多功能成像中的應用

文章總結了修飾后的Fe₃O₄納米顆粒可以搭載多種成像單元（如釓，錳，金，微納米囊泡等），并用于T₁加權的磁共振成像、T₂加權的磁共振成像、T₁/T₂雙模態磁共振成像、磁共振/CT雙模態成像、磁共振/超聲雙模態成像等分子影像領域。如圖3，Cai等人將聚谷氨酸、聚賴氨酸和樹狀大分子（葉酸修飾且包裹Au納米顆粒的）組裝在Fe₃O₄納米顆粒表面，再通過進一步還原氯金酸的方式富集更多Au納米顆粒在Fe₃O₄納米顆粒表面，最終構建的多功能Fe₃O₄雜化納米平臺能夠實現對腫瘤的靶向磁共振/CT雙模態成像。

圖3?樹狀大分子包被的葉酸靶向的Fe₃O₄/Au雜化納米平臺的合成示意圖（a）和該納米平臺用于靶向腫瘤磁共振/CT雙模態成像的圖片（CT成像b，磁共振成像c）

4、多功能Fe3O4雜化納米平臺在癌癥診療中的應用

文章分別介紹了負載光敏劑、光熱劑、化療藥物、基因后的Fe₃O₄雜化納米平臺用于磁共振成像、光聲成像、CT成像和正電子發射計算機斷層成像等影像學技術指導下的光熱治療、光動力治療、化學藥物治療、基因治療等。如圖4，Li等人在水熱法的基礎上合成聚乙烯亞胺包被的Fe₃O₄納米顆粒，隨后將Ag納米顆粒還原在其表面，制備的Fe₃O₄/Ag復合納米顆粒可以介導星形納米Au殼在Fe₃O₄納米顆粒表面生長。最終制備的星形Fe₃O₄/Au雜化納米平臺的表面等離子體共振峰出現在近紅外區域，因此該雜化納米平臺不僅可以于腫瘤的磁共振/CT雙模態成像，而且還可以用于腫瘤的光熱治療。

圖4 星形Fe₃O₄/Au雜化納米平臺的合成示意圖（a）和該納米平臺的Uv-vis (b)、TEM (c-f)、XRD (g)表征結果

5、多功能Fe3O4雜化納米平臺在磁熱療放大的聯合治療中的應用

基于磁滯現象，Fe₃O₄雜化納米平臺在交變磁場中會產生熱量，可以進而誘導腫瘤細胞的凋亡。文章舉例論證了具有獨特磁熱性能的Fe₃O₄雜化納米平臺可以有效地放大光熱治療和光動力治療的效果。

6、結論和展望

該綜述總結了構建多功能Fe₃O₄雜化納米平臺用于腫瘤的診斷和治療的最新進展。重點強調了：（1）Fe₃O₄納米顆粒可修飾或負載多種多樣的生物分子或診療試劑；（2）選擇合適的合成和修飾手段可有效地提高Fe₃O₄雜化納米平臺對腫瘤的診療效果；（3）多模態成像平臺的構建；（4）腫瘤診療平臺的構建等。

該綜述認為，盡管現在科學家們在多功能Fe₃O₄雜化納米平臺的構建及潛在醫學應用研究上取得了非常多的鼓舞人心的進展，但是，在該納米平臺應用于臨床疾病診斷和治療之前，未來應該加大以下幾個方面的研究：（1）進一步評估基于不同尺寸、形貌、電荷和表面包覆材料等物理化學性質的多功能Fe₃O₄雜化納米平臺的生物相容性和體內組織分布情況；（2）進一步提高多功能Fe₃O₄雜化納米平臺特異性地富集在病灶的能力（即靶向病灶的能力）；（3）多功能Fe₃O₄雜化納米平臺無副作用，且在實現診斷和治療目的后能夠被機體徹底清除。

相關工作得到國家自然科學基金、上海市教委上海高校特聘教授（東方學者）跟蹤支持計劃、中法蔡元培項目等的支持。

碩士生胡勇為第一作者，沈明武教授和史向陽教授為共同通訊作者。

【文獻信息】

原文鏈接：Construction of iron oxide nanoparticle-based hybrid platforms for tumor imaging and therapy (Chem. Soc. Rev., 2018, DOI: 10.1039/c7cs00657h).?

本文由東華大學史向陽教授團隊供稿，材料牛編輯整理。

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