鄭海榮&劉斌 Adv. Mater.: NIR-II光熱治療穿過頭皮和顱骨深部原位腦腫瘤的精確光聲成像引導

【引言】

由于存在血腦屏障和血腦腫瘤屏障以及缺乏高效腦腫瘤治療范例，腦腫瘤已成為最致命的癌癥之一。例如膠質母細胞瘤（GBM）的治療是非常具有挑戰性的。而GBM治療存在以下障礙：（i）其高度侵入和侵襲性的特征，阻礙了常規治療方式（手術和補充化療或放療）獲得滿意的緩解;（ii）難以克服血腦屏障和血腦腫瘤屏障，限制了診斷和治療藥物的腫瘤滲透率;（iii）最重要的是缺乏有效的治療手段來抑制腫瘤。目前，大多數研究致力于開發先進的治療系統，例如化學和基因治療。但是這些方法嚴重依賴于藥物遞送系統（DDS）的復雜設計，以把藥物或基因轉運到腫瘤部位并以受控方式實現釋放。然而，DDS在正常組織中的積累會導致不良的副作用，并且GBM細胞可以迅速產生耐藥性。而光療法（PDT和PTT）可以精確的破壞腫瘤組織，且對正常組織沒有明顯的傷害和可以忽略產生耐藥性。

【成果簡介】

近日，新加坡國立大學的劉斌教授和中科院深圳先進技術研究院的鄭海榮教授（共同通訊作者）等報道了一種MPA修飾的具有很好生物相容性和光穩定性的共軛聚合物納米顆粒在NIR-II有強吸收，用于穿過頭皮和頭骨的腦腫瘤精確光聲成像和光熱治療。與常見的808 nm激光相比，1064 nm激光穿透頭皮和頭骨的效率更高，NIR-II腦腫瘤光熱療法效果更好。此外，通過實時的光聲成像系統，納米顆粒穿過頭皮和顱骨可以清晰地定位腦膠質瘤，深度近3 mm，信噪比高達90。經過光熱治療后，腫瘤被有效的抑制及小鼠的存活期明顯被延長。該研究表明，NIR-II共軛聚合物納米顆粒有望用于腦腫瘤的精確成像和治療。研究成果以題為“Through Scalp and Skull NIR-II Photothermal Therapy of Deep Orthotopic Brain Tumors with Precise Photoacoustic Imaging Guidance”發布在國際著名期刊Adv. Mater.上。

【圖文導讀】

圖一、P1RGD NPs的制備和作用原理及理化表征

（a） P1RGD NPs的制備和體內腦腫瘤光熱療法和光聲成像原理；

（b） P1RGD NPs的DLS和TEM圖；

（c） P1 NPs和P1RGD NPs的UV-vis圖；

（d） 1064 nm（1 W. cm^-2）激發下不同濃度P1 NPs的光熱加熱效果；

（e） P1 NPs的循環光熱加熱和冷卻時間圖。

圖二、P1 NPs和P1RGD NPs的體外實驗效果對比?

（a） 808和1064 nm在不同厚度的雞組織的穿透效果的定量結果；

（b） P1 NPs和P1RGD NPs懸浮液的體外PA光譜；

（c） 1064 nm在不同厚度雞組織中P1 NPs穿透深度實驗的定量結果；

（d） 1064 nm（0.8W cm^-2）照射下體外光熱治療5 min的定量結果；

（e） 體外光熱療法的熒光圖。

圖三、P1 NPs和P1RGD NPs的小鼠體內實驗效果對比?

（a） P1 NPs和P1RGD NPs注射后的不同時間點，小鼠在皮下U87異種移植腫瘤模型中的體內非侵入性PA成像；

（b） 光熱處理5 min小鼠的紅外熱圖像；

（c） 不同組小鼠的存活曲線；

（d） 腫瘤大小曲線；

（e） 小鼠體重變化曲線；

（f） H＆E染色用PTT處理過的小鼠的腫瘤切片圖。

圖四、P1 NPs和P1RGD NPs治療GBM的效果對比?

（a） NPs注射后不同時間點小鼠腦腫瘤的頭皮和頭顱無創PA成像；

（b） 不同組進行PA成像之前，攜帶熒光素酶標記的神經膠質瘤細胞的小鼠的生物發光圖像；

（c） 小鼠腦中不同組織的MRI圖像；

（d） NPs給藥后不同時間點腫瘤PA強度的定量結果；

（e） 第19天PTT治療后腦切片的H＆E染色結果；

（f） 光熱處理后小鼠的存活率。

【小結】

首次研究穿過頭皮和顱骨的NIR-II光熱療法并開發了一種有效的腦瘤治療范例，使用活性靶向配體修飾的NIR-II共軛聚合物納米顆粒進行精確的光聲成像引導。納米顆粒具有良好的光穩定性、優異的生物相容性、強光捕獲能力和良好的光熱轉換性。與常用的808 nm PTT相比，1064 nm能更有效地穿透顱骨和頭皮，有低于激光安全極限的治療必需功率密度值。實驗研究證實，與使用未修飾的納米顆粒的情況相比，c-RGD NPs可以實現活躍的腦腫瘤靶向，進一步顯著增加光聲成像對比度以及信噪比高達90，改善了原位腦腫瘤模型的治療效果。總之，具有光穩定性和良好生物相容性的NIR-II共軛聚合物納米顆粒有望通過雙光聲成像和光熱療法以精確和有效的方式用于腦腫瘤治療。

文獻鏈接：Through Scalp and Skull NIR-II Photothermal Therapyof Deep Orthotopic Brain Tumors with Precise Photoacoustic Imaging Guidance（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201802591）.

本文由材料人生物材料組小胖紙編譯。

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