【科研動態(tài)】生命學院楊祥良教授、胡軍副教授課題組在深部腫瘤光動力治療領域取得新進展
(通訊員 胡軍)10月8日，美國化學會旗下納米領域權威期刊《納米快報》（Nano Letters, IF=12.3）刊發(fā)了華中科技大學生命科學與技術學院、國家納米藥物工程技術研究中心楊祥良教授、胡軍副教授課題組題為《X射線響應的光敏劑—NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體用于成像引導的腫瘤光動力聯(lián)合放療》（“NaCeF4:Gd,Tb Scintillator as an X-ray Responsive Photosensitizer for Multimodal Imaging-Guided Synchronous Radio/Radiodynamic Therapy”）的研究論文。
光動力療法作為一種微創(chuàng)性的腫瘤治療手段，近幾年來被廣泛應用于臨床。光動力治療是指將光敏劑注入機體，使其通過主動或被動靶向聚集在腫瘤組織，然后采用一定波長的光照射腫瘤部位，光敏劑受激發(fā)后通過能量或電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生活性氧，從而誘導腫瘤細胞凋亡，摧毀腫瘤組織。相比于化療等腫瘤治療方法，光動力治療具有其獨特的優(yōu)勢，如選擇性高、不會產(chǎn)生耐藥性、系統(tǒng)毒副作用低等。然而，傳統(tǒng)的光敏劑最佳激發(fā)波長往往在紫外可見光區(qū)，該波段的光在組織中的穿透深度十分有限，因此無法適用于深部腫瘤治療。
閃爍晶體是一種可被X射線激發(fā)產(chǎn)生熒光的材料,在臨床放射顯影領域被廣泛使用。前期工作中，我們制備了高發(fā)光性能的納米閃爍晶體顆粒，并通過共載或化學偶聯(lián)構(gòu)建了納米閃爍晶體—光敏劑復合物（Small, 2015; ACS Applied Materials & Interfaces, 2015; Chemical Communications, 2015），利用二者之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET），實現(xiàn)X射線激發(fā)下的光動力治療。但繁瑣的制備過程以及FRET效率依賴的光敏化過程限制了腫瘤治療效果。
該研究制備了一種粒徑均一的棒狀結(jié)構(gòu)NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體，該材料不僅具有優(yōu)異的X射線激發(fā)熒光（XEF）成像、CT成像及MRI成像能力，其本身還可以作為一種X射線響應的光敏劑。通過化學顯色以及電子自旋共振（ESR）法均證實，在一定劑量的X射線激發(fā)下，NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體能產(chǎn)生大量的超氧陰離子（•O2-）和羥基自由基（•OH），該發(fā)現(xiàn)尚屬首次。為了進一步闡明其X射線敏化機制，通過制備一系列對照材料，發(fā)現(xiàn)Ce3+和Tb3+在其中扮演著非常重要的角色：在X射線輻照下產(chǎn)生大量不同能量的次級電子，Ce3+吸收部分電子能量到達激發(fā)態(tài)，受激后的Ce3+一方面會將能量傳遞給鄰近的Tb3+使其被激發(fā)，另一方面由于稀土離子較長的激發(fā)態(tài)壽命，Ce3+和Tb3+激發(fā)態(tài)電子會進一步吸收其它次級電子的能量到達導帶，氧氣捕獲導帶電子產(chǎn)生超氧陰離子，價帶空穴與H2O相互作用產(chǎn)生羥基自由基。同時，由于NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體較強的X射線阻擋能力，可以增強局部放射劑量，從而實現(xiàn)光動力治療與放療增敏的協(xié)同。細胞實驗和動物實驗均證實，NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體具有較強的細胞殺傷能力、多模態(tài)成像能力和抑制腫瘤生長能力。該研究為深部腫瘤光動力治療提供了新思路。
華中科技大學生命學院楊祥良教授、胡軍副教授及蘇州大學程亮教授為本論文的共同通訊作者，華中科技大學生命學院博士生仲曉燕為該論文第一作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等項目的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b03682
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