同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院ACS Nano封面文章：中空長(zhǎng)余輝探針的可控制備及其癌癥診療應(yīng)用
長(zhǎng)余輝材料，俗稱(chēng)“夜明珠”，是一種能夠儲(chǔ)存外界輻射能量，在激發(fā)光停止激發(fā)后仍能發(fā)光的材料，其余輝能持續(xù)幾小時(shí)甚至數(shù)天。由于其特殊的光學(xué)性質(zhì)，長(zhǎng)余輝材料在光照、安全應(yīng)急、交通運(yùn)輸?shù)确矫嬗兄鴱V泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著納米級(jí)別的長(zhǎng)余輝材料出現(xiàn)，因其長(zhǎng)余輝壽命、無(wú)需原位激發(fā)、無(wú)組織背景熒光干擾和高的信噪比等優(yōu)勢(shì)，其在光醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)成像、生物分析和腫瘤診療等方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
現(xiàn)有長(zhǎng)余輝納米材料一般采用高溫煅燒的方法合成，導(dǎo)致長(zhǎng)余輝納米材料形貌不可控、不規(guī)則及粒徑較大。后續(xù)采用水熱法合成的長(zhǎng)余輝納米材料雖水溶性較好，且粒徑較小，但其余輝時(shí)間和發(fā)光強(qiáng)度相比于用高溫煅燒法制得的長(zhǎng)余輝納米材料要低很多。因此，為獲得高質(zhì)量的長(zhǎng)余輝納米材料，進(jìn)一步拓展長(zhǎng)余輝納米材料在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，有研究人員利用介孔二氧化硅為模板合成長(zhǎng)余輝納米材料，其很大程度上解決了長(zhǎng)余輝納米材料的形貌和尺寸不可控問(wèn)題，但其在多功能擴(kuò)展方面仍存在很大的提升空間。因此，如何制備出多功能性長(zhǎng)余輝納米材料成為亟需解決的問(wèn)題。
近日，同濟(jì)大學(xué)張兵波課題小組以封面文章的形式首次報(bào)道了通過(guò)利用碳球?yàn)槟０搴铣闪艘环N中空、粒徑可調(diào)和近紅外發(fā)射的多功能長(zhǎng)余輝納米材料，該中空結(jié)構(gòu)負(fù)載化療藥物或光敏劑用于腫瘤診療一體化。制備原理是將長(zhǎng)余輝納米材料的合成嚴(yán)格控制在碳球表面。由于碳球表面含有大量的含氧官能團(tuán)，金屬離子通過(guò)螯合作用很容易吸附在碳球表面。受此啟發(fā)，該研究團(tuán)隊(duì)將長(zhǎng)余輝納米材料的前體離子吸附在碳球表面，然后通過(guò)高溫煅燒原位形成中空的長(zhǎng)余輝納米材料（原有的碳球模板可經(jīng)煅燒被完全清除，形成大空腔）。實(shí)驗(yàn)表明可利用不同粒徑碳球?yàn)槟０搴铣刹煌降闹锌臻L(zhǎng)余輝納米材料。另外，本研究還利用大空腔結(jié)構(gòu)高效裝載化療和光敏藥物分子進(jìn)行腫瘤化學(xué)和光動(dòng)力治療。
圖1.?封面圖
圖2.?以粒徑為300 nm碳球?yàn)槟０搴铣芍锌臻L(zhǎng)余輝納米材料的數(shù)據(jù)表征圖
他們選取粒徑為50 nm的中空長(zhǎng)余輝納米材料負(fù)載藥物分子用于腫瘤的余輝成像和化療/光動(dòng)力治療。將中空長(zhǎng)余輝納米材料預(yù)先用254 nm紫外燈或白色LED燈照射后，經(jīng)尾靜脈注射到小鼠體內(nèi)，10 min后在Bablc荷瘤小鼠的腫瘤部位觀(guān)察到明顯的余輝信號(hào)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其在腫瘤部位的余輝信號(hào)也隨著消失。在治療方面，與單獨(dú)的阿霉素相比，負(fù)載阿霉素的中空長(zhǎng)余輝納米材料能顯著抑制腫瘤的生長(zhǎng)。同時(shí)該課題組還利用這種中空長(zhǎng)余輝納米材料負(fù)載光敏劑酞菁硅用于腫瘤的光動(dòng)力學(xué)治療，由于這種中空長(zhǎng)余輝納米材料的余輝能持續(xù)激發(fā)光敏劑，與單獨(dú)光敏劑相比，負(fù)載光敏劑的中空長(zhǎng)余輝材料能顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)。
值得一提的是研究數(shù)據(jù)顯示該長(zhǎng)余輝探針在活體內(nèi)可根據(jù)需要被白色LED燈反復(fù)激發(fā)蓄能后，仍可檢測(cè)其余輝信號(hào)進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷或光醫(yī)學(xué)治療。這種被注入體內(nèi)的中空長(zhǎng)余輝納米材料宛如無(wú)數(shù)個(gè)“夜明珠”，在無(wú)任何外部激發(fā)光作用下，仍散發(fā)出光學(xué)能量，利用該能量可進(jìn)行在體腫瘤光學(xué)增強(qiáng)顯影，也可激發(fā)空腔所攜帶的光敏劑，持續(xù)不斷地產(chǎn)生單線(xiàn)態(tài)氧，達(dá)到殺滅腫瘤組織的目的。該策略有效解決了傳統(tǒng)光動(dòng)力治療所面臨的光穿透力的瓶頸問(wèn)題?？梢?jiàn)這類(lèi)光響應(yīng)材料將在光醫(yī)學(xué)診療方面擁有巨大的潛能和臨床應(yīng)用價(jià)值。
圖3.?中空長(zhǎng)余輝納米探針的腫瘤余輝顯像及抗腫瘤研究
這一成果近期發(fā)表在ACS Nano?上，并被選為當(dāng)期封面進(jìn)行報(bào)道。文章的第一作者為同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生王俊，?該工作是在同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院，同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院光醫(yī)學(xué)研究所，以及生物醫(yī)學(xué)工程與納米科學(xué)研究院完成。該工作得到了中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所張洪武研究員和李金磊博士的大力幫助。本研究受到國(guó)家自然科學(xué)面上項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。
該論文作者為：Jun Wang, Jinlei Li, Jiani Yu, Hongwu Zhang and Bingbo Zhang
Large Hollow Cavity Luminous Nanoparticles with Near-Infrared Persistent Luminescence and Tunable Sizes for Tumor Afterglow Imaging and Chemo-/Photodynamic Therapies. ACS Nano, 2018, 12, 5, 4246-4258.
原文鏈接：
?https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b07606
導(dǎo)師介紹：張兵波
?http://med.#edu.cn/Web/FaultyShow/272?tid=28
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