Sci. Adv.：安全、穩定光熱TeSe納米異質徹底根除小鼠腫瘤

【研究背景】

具有改善的生物相容性，更高的光熱效應以及附加的同時功能的新興2D納米材料為生物醫學應用描繪了廣闊的前景。但是，在患者臨床使用之前，該領域中的一些挑戰性問題仍亟待解決。主要包含生物安全性（短期和長期的安全問題）、實現對現有方法的高療效或與常規療法相結合的協同功效、臨床治療的納米材料的非均質性以及穩定性和生物可降解性能等。二維納米材料在腫瘤治療領域有著獨特的優勢，可以很好的解決上述難題，但是大多數液相剝離的二維納米材料形狀不均勻，這是二維材料在應用中的共同難題。

【成果簡介】

近日，深圳大學張晗教授、瑞典卡羅林斯卡醫學院曹義海院士和深圳市人民醫院劉利平副教授聯合制備了一種新型的二維橫向異質結，即硒包覆的碲納米異質結。新合成的TeSe具有較高的穩定性，生物相容良好且尺寸高度均勻。相對于其他健康組織，TeSe納米粒子在小鼠中的系統性遞送在腫瘤中顯示出高度特異性的積累。光照時，TeSe納米顆粒在臨床前模型中幾乎可以完全根除肺癌和肝細胞癌。與腫瘤抑制一致，PTT改變了腫瘤的微??環境并誘導了癌細胞凋亡。作者展示了TeSe納米材料的抗癌功效、機制及其對腫瘤微環境（TME）改變的影響。該文章近日以題為“Eradication of tumor growth by delivering novel photothermal selenium-coated tellurium nanoheterojunctions”發表在知名期刊Sci. Adv.上。

【圖文導讀】

圖一、TeSe納米材料的形貌表征

TeSe的納米結構的TEM圖像（A-H），AFM圖像（I-L）以及相應的高度線輪廓（M）和厚度統計分析（N）。四種納米材料分別為TeSe(1:0.25), TeSe(1:0.5), TeSe(1:0.75), TeSe(1:1)。

圖二、TeSe納米材料的理化性質表征

（A）TEM圖像顯示三個納米顆粒及其之間的空間。

（B）對應的Te元素mapping圖像。

（C）對應的Se元素mapping圖像。

（D）集成Te和Se元素mapping圖像。

（E）對應的O元素mapping圖像。

（F）集成的Te，Se和O元素mapping圖像。

（G）對應的C元素mapping圖像。

（H-I）HRTEM圖像顯示晶體邊緣非晶區和表面原子排列。

（J）提出了在PVP鏈和納米線存在下Te和Se原子排列的示意圖和橢圓形狀，分別解釋了Te和Se在一維和二維幾何中的關系。

（K-L）Te₁₁₁O₃和Se₅₄Te₅₇O₃的模擬氧化原子結構。

（M-N）Te 3d和Se 3d的XPS圖像。

（O）200至1200 nm范圍內的紫外線-可見吸收光譜。

（P）TeSe（1：1）樣品的光熱轉化效率（η），808 nm，1.0 W/cm²。

（R）光熱的穩定性，808 nm，1.0 W/cm²。

圖三、TeSe納米材料的生物安全性評估

（A）評估SMMC-7721細胞的細胞活力。

（B）在各種存儲時間（0、3和6天）下，在鹽水（1000 ppm）中的純Te納米材料的照片。

（C）不同時間后Te分散體的吸光度曲線。

（D）在鹽水中儲存6天后的TeSe樣品的照片。

（E）在鹽水中不同存儲時間（1、7、15和30天）的TeSe（1：1）（250 ppm）的照片。

（F）在指定天數后TeSe（1：1）分散體的吸收曲線。

（G）注射不同劑量（1.0、1.5和3.0 mg/kg）不同分散時間（0、3和6天）的純Te納米材料后，小鼠的存活率。

（H）以不同的注射劑量（1.0、1.5、3.0和6.0mg/kg）存儲的各種持續時間（0、3和6天）和注射TeSe（1：1）后小鼠的存活率。

（I）注射鹽水，媒介物（PVP）和TeSe（1：1）后的小鼠體重變化。

圖四、TeSe納米材料的腫瘤靶向效率研究

給A549荷瘤小鼠靜脈注射TeSe納米材料（2 mg/kg），并負載相同量的Cy7染料。（A-B）在所示的時間點，測量腫瘤部位的熒光強度，并計算時間依賴性強度。

（C）注射后24小時，分離出腫瘤和主要器官的熒光強度。

（D）在（C）中的器官和腫瘤的相對位置的圖示。

（E-F）不同材料，不同器官的相對熒光強度。

圖五、體內外光熱（PTT）抗腫瘤

（A）不同濃度不同材料對SMMC-7721細胞存活率的影響（808 nm，1.0 W/cm^-2，10 min）。

（B）TeSe（1:1）與不同細胞孵育光照不同時間后的細胞存活率（100 ppm，808 nm，1.0 W/cm^-2）。

（C）不同光照強度下，TeSe（1:1）與不同細胞孵育后的細胞存活率（100 ppm，808 nm，10 min）。

（D）在激光照射期間不同處理組腫瘤部位處的溫度變化。

（E）實時監控（D）的溫度變化。

（F）不同治療組小鼠體重變化。

（G-I）不同治療組小鼠腫瘤體積變化，治療結束時小鼠離體腫瘤照片以及腫瘤質量。

圖六、光熱治療后小鼠腫瘤微環境變化

PTT后3天分離腫瘤，石蠟切片進行DNA斷裂（TUNEL）、Ki67、CA9、Iba1和CD31的免疫熒光染色。

（A）腫瘤環境變化的典型影像學表現。

（B-F）作為參數類型函數的統計分析。（B）TUNEL的DNA斷裂，（C）Ki67，（D）CA9，（E）Iba1和（F）CD31。

【結論展望】

在這項研究中，作者旨在解決影響二維納米材料臨床應用的關鍵問題，制造了一種新型的二維TeSe橫向異質結納米材料，該材料具有幾個獨特的特征：（i）生物相容性好，（ii）形態均勻，（iii）腫瘤中相對較高的蓄積量，（iv）高度穩定，（v）高的光熱轉換效率。這種無毒的TeSe納米材料在荷瘤小鼠中的全身遞送產生了驚人的抗腫瘤作用，暴露于光線下，TeSe納米顆粒在臨床前模型中幾乎可以完全根除肺癌和肝細胞癌。與腫瘤抑制一致，PTT改變了腫瘤的微??環境并誘導了巨大的癌細胞凋亡。總之，經過研究，作者認為該研究為抗癌納米材料的臨床應用提供了巨大的前景。

文獻鏈接：Eradication of tumor growth by delivering novel photothermal selenium-coated tellurium nanoheterojunctions (Sci Adv, 2020, DOI: 10.1126/sciadv.aay6825)

本文由大兵哥供稿。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱：tougao@cailiaoren.com

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenvip。