Adv. Mater. 溫和溶液制備超小功能化Cu2?xSe納米顆粒作為癌癥多模式造影導向光熱治療的診療劑

【引言】

2016年8月25日，Advanced Materials網站在線發表了題為”Ambient Aqueous Synthesis of Ultrasmall PEGylated Cu2?xSe Nanoparticles as a Multifunctional Theranostic Agent for Multimodal Imaging Guided Photothermal Therapy of Cancer”的文章。該文章的第一作者是蘇州大學的S. Zhang，通訊作者為蘇州大學的Z. Li。這篇文章的主要工作是利用溫和的溶液合成路線制備了多模式造影導向的光熱納米診療劑。

【成果簡介】

近年來，從能源領域如熱電轉換、鋰離子電池到生物醫學領域如光聲造影、光熱治療等，銅的硫族化合物（Cu2?xE, E=S, Se，Te）以其復雜的晶體結構以及可變組分含量等性質受到研究人員的廣泛關注。特別是在生物診療方面，相較起傳統的光熱試劑，Cu2?xE由于銅缺乏（copper deficiency）引起的在近紅外范圍的局域表面等離激元共振（LSPRs）能夠實現更小尺度的納米結構。除此之外，銅和硒擁有較高的X射線衰減系數（attenuation coefficient），在CT造影方面有著巨大的研究潛力，然而目前關于超小Cu2?xSe納米顆粒的研究卻還未展開。

蘇州大學的研究人員利用溫和的水溶液來發展制備具有水溶性和生物相容性特點的超小Cu2?xSe納米顆粒。這種顆粒的粒徑在3.6 ± 0.3 nm范圍內，可用于包括光聲（PA）、計算機斷層掃描（CT）以及單光子發射計算機斷層掃描（SPECT）在內的多種造影模式。據研究人員介紹，尺度在5nm以下、用于高效多模式造影導向光熱治療的Cu2?xSe納米材料目前還未見諸報道。

【圖文導讀】

方案1：多功能Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒的合成及其在光聲造影、CT造影、SPECT造影以及癌癥光熱治療中的應用

圖1：Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒的表征

a)透射電子顯微圖像； ? ? ?b)高分辨透射電子顯微圖像；

c)XRD圖像比較； ? ? ? ? ? ? ?d)銅原子的高分辨XPS譜分析；

e)水合粒徑； ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?f)不同銅濃度下的納米顆粒水溶液的紫外-可見-近紅外吸收譜。

圖2：Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒的體外性能測試

a)808納米激光照射下，不同銅濃度條件下Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒水溶液分散體光熱升溫曲線；

b)08納米激光照射下，不同銅濃度條件下Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒水溶液分散體的紅外熱圖像；

c)不同Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒濃度培養液培養24小時后的4T1細胞的細胞活性；

d)不同銅濃度Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒溶液中，經過體外光熱消除的4T1細胞的熒光圖像。

圖3：Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒的體內造影性能測試

a)Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒(500 μg mL?1, 200 μL)尾靜脈注射前后不同時間點的體內腫瘤光聲圖像；

b)Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒(2.5mg mL?1, 200 μL)瘤內注射后的體內腫瘤CT圖像；

c)靜脈注射Cu2-xSe-PEG-99mTc溶液后的體內SPECT圖像；

d)靜脈注射Cu2-xSe-PEG-SH后的納米顆粒血液循環分析

e)靜脈注射Cu2-xSe-PEG-SH后的納米顆粒體內生物分布圖；

圖4：Cu2-xSe-PEG-SH納米顆粒的體內腫瘤光熱治療

a)納米顆粒(500 μg mL?1, 200 μL)靜脈注射以及808納米波長激光照射治療后的腫瘤紅外熱學圖像；

b)納米顆粒(500 μg mL?1, 200 μL)靜脈注射以及808納米波長激光照射治療后的腫瘤溫度曲線；

c)治療3天以后的小鼠腫瘤部位的H&E染色切片；

d)歸一化到原始腫瘤體積的相對腫瘤體積統計圖； ? ? ? ??e)小鼠存活曲線。

【小結】

該文章報道的組分可變的超小納米顆粒，在體內和體外實驗中均表現出優異的腫瘤診療性能。如在光聲造影和光熱治療中表現出高效的光熱轉換效率；在CT造影中表現出高X射線衰減系數。由此，研究人員認為經過PEG功能化的Cu2?xSe納米顆粒是實現癌癥多模式診療的理想材料。

本文由材料人生物材料學習小組陳世雄供稿，材料牛編輯整理。

文獻鏈接：Ambient Aqueous Synthesis of Ultrasmall PEGylated Cu2?xSe Nanoparticles as a Multifunctional Theranostic Agent for Multimodal Imaging Guided Photothermal Therapy of Cancer（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602193）

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