ACS Nano：武大利用碳點修飾C3N4制備裂解水的納米顆粒提高PDT對腫瘤療效

【引言】

光動力療法（PDT）是指光敏劑利用O2產生活性氧簇（ROS）來治療癌癥，PDT的治療過程非常依賴O2的含量，但是腫瘤內往往是缺氧的，所以PDT的治療腫瘤的效果不佳。加上PDT治療過程消耗了原本就很少的O2，使得腫瘤更加容易擴散和產生抗藥性。為了解決這一難題，可以直接在腫瘤中產生O2，但是目前使用的方法產生的O2的含量非常有限。

在自然界中，葉綠體可以利用光將H2O轉化為O2，受到光合作用的啟發，人們已經開發出很多可以利用太陽光裂解水的材料，但是這些材料還沒有被應用到生物醫學中。

【成果簡介】

武漢大學化學系，生物醫用高分子材料教育部重點實驗室的張先正教授（通訊作者）等人將能夠裂解水的材料C3N4應用到提高PDT治療效果中，他們首先用碳點（carbon dots）修飾C3N4，再將PpIX-PEG-RGD吸附在C3N4上，其中PpIX為光敏劑，能利用O2產生ROS；RGD具有靶向作用；PEG起到連接PpIX和RGD的作用，所得最終的顆粒用PCCN代表。經碳點修飾后，C3N4能夠吸收紅光（630nm）來裂解水產生O2，隨后PpIX將一部分O2轉化為ROS。這種材料不僅能夠提高腫瘤中的O2水平以提高PDT療效，還能夠降低腫瘤擴散的風險。

【圖文導讀】

圖1 ?PCCN的結構以及其利用630nm激光裂解水增強PDT療效的示意圖

（Ⅰ）用碳點修飾C3N4； （Ⅱ）C3N4吸附PpIX-PEG-RGD得到PCCN； （Ⅲ）細胞吸收PCCN（Ⅳ）激光驅動裂解水產生O2以及O2提高PDT效果殺死癌細胞

圖2 ?C3N4、 CCN 、PCN和 PCCN等顆粒的圖譜表征及其產生O2和ROS的果對比

（a）C3N4裂解水的示意圖；

（b）C3N4、 CCN 和 PCCN的紫外-可見光吸收光譜；

（c）CCN和PCCN的尺寸分布；

（d）CCN和PCCN的XPS譜；

（e） C3N4、 CCN、PCN 和 PCCN產生O2的曲線；

（f）PCCN、 PCN、CCN 和PpIX在缺氧和氧正常情況下產生ROS的效率。

圖3 不同納米顆粒的效果對比（a）不同顆粒改善缺氧狀況和產生ROS的情況；

（b）不同條件下4T1細胞ROS-ID?和DCFH-DA的平均熒光強度；

（c-e）在缺氧和正常情況下用不同顆粒治療時細胞存活率與濃度的關系，(c)PCN，(d)PpIX ，(e)PCCN

圖4 小鼠體內PCCN分布

（a）注射PCCN后不同時間的熒光圖；

（b）用CT 技術重建的PCCN 三維分布圖；

（c）腫瘤、心、肝、脾、肺、腎中PCCN的體外熒光圖；

（d）用PCCN治療后腫瘤、肺、肝、脾的 CLSM 圖。

文獻鏈接：Carbon-Dot-Decorated Carbon Nitride Nanoparticles for Enhanced Photodynamic Therapy against Hypoxic Tumor?via?Water Splitting（ACS Nano，2016，DOI： 10.1021/acsnano.6b04156）

本文由材料人生物材料小組CZM供稿，材料牛編輯整理。

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