長春應化所/北京化工大學ACS Nano: 易通過腎臟清除的超小卟啉金屬有機框架材料用于腫瘤高效光動力學治療

Alisa 4年前 (2019-08-14) 4125瀏覽

【背景介紹】

金屬有機框架材料（MOF）由于具有較大的比表面積，可調節的孔尺寸以及多種多樣的架構，已經在生物醫學中得到了廣泛的研究和關注。在腫瘤的光動力學治療中，基于光敏劑的MOF展現出了很好的應用前景。在MOF的框架結構中，光敏劑之間被很好的分隔，避免了由于光敏劑聚集而引發的性能下降。然而，目前的MOF材料還有諸多不足之處，影響了它們的進一步臨床轉化：（1）用于腫瘤光動力學治療的MOF材料的尺寸通常在幾十到幾百納米之間，這種尺寸的MOF會被內皮網狀系統捕獲，引起材料在體內的長期滯留而引發長期毒性；（2）由光敏劑產生的單線態氧在10納米的擴散距離以上就會發生湮滅，因此大尺寸的MOF中，材料內部產生的單線態氧會在材料內部發生湮滅，不能發揮治療作用，導致光動力學治療的低效率；（3）很多不穩定的MOF材料會在體內發生降解，產生有毒的游離金屬離子和相關配體，從而產生極大的生物毒性。

【成果簡介】

近日，中科院長春應用化學研究所任勁松研究員、曲曉剛研究員和北京化工大學軟物質科學與工程高精尖創新中心劉楨教授（共同通訊作者）合作，報道了一種可以被腎臟快速清除的超小卟啉MOF材料，也被稱為MOF納米點，用于腫瘤高效光動力學治療。這種MOF納米點由具有高穩定性的PCN-224 MOF作為前體，通過液相剝離法制備而成，具有很好的生物穩定性。同時，MOF納米點的水合粒徑只有4.5納米，可以很好的被腎臟快速清除，并以完整的形式排出體外，大大地降低了MOF材料的長期毒性。更重要的是，由于MOF納米點的超小尺寸，光照產生的單線態氧可以很好地從材料框架中擴散出去，極大地避免了在材料內部發生單線態氧的湮滅，顯著地提高了光動力學治療的效率。

【圖文導讀】

圖1:?MOF納米點用于腫瘤光動力學治療以及材料的表征。

圖2: MOF納米點的合成過程與形成機理。

圖3: 通過細胞實驗驗證MOF納米點的光動力學治療性能。

圖4: 通過ICP-OES與小動物熒光活體成像分析MOF納米點的生物分布以及藥代動力學特征。

圖5: 荷瘤小鼠實驗驗證MOF納米點的光動力學治療性能。

【總結】

通過使用可被腎臟清除的MOF納米點作為光敏劑，腫瘤可以被有效治療，并大大降低了MOF材料的生物毒性，有助于進行安全而又高效的腫瘤光動力學治療。這一策略會促進安全且有效的光動力學治療平臺的開發和臨床轉化。該成果以Renal-Clearable Porphyrinic?Metal-Organic Framework Nanodots for Enhanced Photodynamic Therapy發表在材料學領域著名期刊ACS Nano上，文章共同第一作者為中科院長春應用化學研究所博士研究生王歡和余東琴，合作作者為吉林大學口腔醫學院博士研究生方蛟和曹長翠。

【文章鏈接】

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03531

【劉楨教授簡介】

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劉楨，北京化工大學軟物質科學與工程高精尖創新中心教授。2014年于中國科學院長春應用化學研究所獲得理學博士學位，師從曲曉剛研究員和任勁松研究員，畢業后留所工作任助理研究員、副研究員，2018年起于北京化工大學軟物質科學與工程高精尖創新中心工作，研究方向為生物劑型工程。已發表SCI論文60余篇，累計引用2800余次，h因子32。以第一作者和通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed.,?Chem. Sci.,?Nano Lett.,?ACS Nano,?Biomaterials等期刊上發表SCI論文20余篇，在Chem. Rev.，Chem. Soc. Rev.等綜述期刊上被國內外同行予以原圖引用和正面評價。

近期代表工作如下：

  1. H. Wang, D. Yu, J. Fang, C. Cao, Z. Liu,*J. Ren,* X. Qu,* Renal-Clearable Porphyrinic?Metal-Organic Framework Nanodots for Enhanced Photodynamic Therapy. ACS Nano?2019. Just Accepted.
  2. H. Wang, D. Yu, B. Li, Z. Liu,*J. Ren,* X. Qu,*?Ultrasensitive Magnetic Resonance Imaging of?Systemic Reactive Oxygen Species in Vivo for Early?Diagnosis of Sepsis Using Activatable Nanoprobes.?Chem. Sci.?2019, 10, 3770.
  3. H.Wang, P. Li, D. Yu, Y. Zhang, Z. Wang, C. Liu, H. Qiu, Z. Liu,*?J. Ren,* X. Qu,*?Unraveling the Enzymatic Activity of Oxygenated Carbon Nanotubes and Their Application in the Treatment of Bacterial Infections. Nano Lett.?2018, 18, 3344.
  4. H. Wang, C. Liu,Z. Liu,*?J. Ren,* X. Qu,*?Specific Oxygenated Groups Enriched Graphene Quantum Dots as Highly Efficient Enzyme Mimics. Small?2018,?14, 1703710.
  5. Y. Huang, Z. Liu,*C. Liu, E. Ju, Y. Zhang, J. Ren,* X. Qu,*?Self‐Assembly of Multi‐nanozymes to Mimic an Intracellular Antioxidant Defense System. Angew. Chem. Int. Ed.?2016, 55, 6646.
  6. Z. Liu, X. Ran, J. Liu, Y. Du,J. Ren,* X. Qu,* Non-Toxic Lead Sulfide Nanodots as Efficient Contrast Agents for Visualizing Gastrointestinal Tract. Biomaterials?2016, 100, 17.

本文由北京化工大學課題組供稿。

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