ACS Nano：O2氣泡的內源性催化用于原位超聲誘導的高強度聚焦超聲消融

【背景介紹】

由于精確度高，經濟效益高，成本低廉等特點，非侵入性腫瘤消融（例如射頻消融，微波消融，激光消融，高強度聚焦超聲消融（HIFU））已經成為某些癌癥患者的首選治療方法。超聲誘導的HIFU（US-HIFU）消融由于其具有優異的組織穿透深度和實時監測特征，已經顯示出其在臨床癌癥手術中的巨大潛力和優勢。

【成果簡介】

近日，來自中國科學院上海硅酸鹽研究所的陳航榕研究員和施劍林研究員（共同通訊）等人通過整合樹突狀結構的介孔有機硅納米顆粒（MONs）和固定在MONs的大孔通道中的過氧化氫酶，開發了多尺度雜化催化納米反應器（過氧化氫酶MONs，縮寫為C@M）作為腫瘤敏感對比劑和協同劑（C＆SA）MONs）用于超聲誘導的HIFU癌癥手術治療中。這種雜化納米反應器對H₂O₂表現出敏感的催化活性，即使與10μMH₂O₂一起溫育，也以相對溫和的方式促進O₂連續的產生。通過增強滲透性和保留作用，可以在富含H₂O₂的腫瘤區域內積累C@M納米粒子，實現超聲成像的持久對比度增強，并且在相對低的功率下在體內進行高效腫瘤消融。相關成果以題為“Endogenous Catalytic Generation of O₂ Bubbles for In Situ Ultrasound-Guided High Intensity Focused Ultrasound Ablation”發表在了ACS Nano上。

【圖文導讀】

圖1 MONs的TEM圖像、FTIR譜、拉曼光譜分析

a-c）不同放大倍數MONs的TEM圖像

d）N₂吸附-解吸附等溫線

e）MONs的FTIR譜

f）BTES和MONs的拉曼光譜

圖2 吸收光譜、動態光散射

a）MONs已經在過氧化氫酶溶液中浸潤了不同時間段的上清液的吸收光譜

b）在相同條件下在MSNs和MONs中過氧化氫酶固定后上清液的吸收光譜

c）MONs和過氧化氫酶MONs@的動態光散射（DLS）和ζ電位結果

d）分散在PBS中的MONs和過氧化氫酶@MONs的數碼照片

e）分別在不同c濃度下的游離過氧化氫酶和過氧化氫酶@MONs的體外B模式超聲成像

f）游離過氧化氫酶和過氧化氫酶@MONs向H₂O₂分解的催化反應動力學

圖3 體外超聲圖像

a）在注射生理鹽水，H₂O₂，C@M，C@M + H₂O₂之前和之后透明體模的體外超聲圖像

b）不同治療組超聲圖像的相應平均灰度值

c）在注射生理鹽水，H₂O₂，C@M，C@M + H₂O₂后透明體模的數碼照片

d）不同組注射和HIFU暴露后相應的消融量（n = 3）

e）H₂O₂評估過程的示意圖

【總結】

該團隊開發了多級雜交催化納米反應器，即過氧化氫酶@MONs（C@M），作為用于超聲誘導的HIFU癌手術的對比劑和協同劑，其集成了樹突狀結構的介孔有機硅納米顆粒和過氧化氫酶。更重要的是，這種不含全氟化碳的雜化納米反應器實現了沒有HIFU預刺激的腫瘤敏感性的功能，這使得HIFU手術對于未來的臨床應用來說更加精確和有效。

文獻鏈接：Endogenous Catalytic Generation of O2 Bubbles for In Situ Ultrasound-Guided High Intensity Focused Ultrasound Ablation（ACS Nano,2017,DOI：10.1021/acsnano.7b03772）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛編輯整理。

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