可降解有机纳米材料用于影像学导航下的肿瘤光学治疗

癌症已经成为威胁人类健康的重大疾病之一。传统的治疗方式均有各自的局限性,需要发展新型的肿瘤治疗方式来提高肿瘤治疗的特异性与精准性。纳米材料具有独特的物理和化学性质,在肿瘤治疗中发挥着独特的优势。然而大部分纳米材料进入体内难以降解代谢且会在体内滞留很长时间,存在着潜在的毒性风险,大大限制了该类纳米材料向临床转化的可能性。最近具有快速代谢能力的超小功能纳米材料得到快速发展,然而这些超小结构的纳米材料在体内血液循环时间短、肿瘤被动富集能力差、成像与治疗效果差等,一定程度上影响该类材料在生物领域研究的发展。因此如何平衡纳米材料的被动富集与代谢行为之间的关系成为现阶段该类生物材料研究的热点和难点。

最近苏州大学功能纳米与软物质研究院程亮副教授和刘庄教授联合美国威斯康辛大学麦迪逊分校分子影像中心蔡伟波教授以四羧基苯基卟啉(TCPP)光敏分子为模型构建不同尺寸大小的纳米颗粒,系统研究了纳米材料的粒径对其肿瘤治疗效果与其代谢行为之间的关系。将不同分子量的聚乙二醇(PEG)偶联在TCPP分子上并形成不同粒径大小的TCPP-PEG纳米颗粒,同时具有卟啉环结构的TCPP分子可以进一步螯合放射性同位素64Cu用于正电子发射计算机断层核素成像(PET)。运用动态PET成像无损分析技术系统研究不同尺寸的TCPP-PEG纳米颗粒在小鼠体内的代谢及肿瘤富集行为。研究结果表明:大分子量的纳米颗粒(TCPP-PEG30K)通过肿瘤的高通透性和滞留效应(EPR)在肿瘤区域富集,而小分子量的纳米颗粒(TCPP-PEG2K)经肾小球快速代谢,因而肿瘤富集能力差。通过系统研究这些纳米颗粒在体内的血液循环、生物分布以及代谢行为,TCPP-PEG10K纳米颗粒是用于代谢与肿瘤富集的最佳纳米材料。同时光敏分子TCPP自身可以在近红外激光中的照射下产生单线态氧,在细胞和动物水平上实现了很好的光动力治疗效果。

PET成像技术已经在临床上展开广泛应用,本工作用到的光敏分子TCPP和修饰试剂PEG临床应用门槛低,因此得到的具有代谢功能的TCPP-PEG纳米颗粒在临床转化研究中具有广阔的应用前景。本研究主要发展了一类生物相容性好并具有临床可转化的有机诊疗试剂,用于影像学导航下的肿瘤光学治疗,大大提高纳米材料在肿瘤治疗中的应用。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201702928)上。

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