【参赛作品】提高癌症治疗效率新手段—荧光纳米开关

作为21世纪威胁人类健康的三大杀手之一,癌症已经夺走了无数人的生命。目前为止,还未有任何关于有效治疗癌症的医疗手段问世,治疗癌症也成为医学上的一个重大难题。近年来,基于介孔二氧化硅材料衍生出的各类环境响应型药物控释体系得到了越来越多科研工作者的关注,其充分继承了介孔二氧化硅的优点,如孔道有序性、大比表面积、良好的生物兼容性等,且具有环境响应特性,如不同光波长照射下、不同温度下或不同pH值下所装载药物的响应释放等,从而保证在癌症治疗过程中正常组织免受药物影响,而癌细胞则能被有效地杀死。

蒙彼利埃Charles Gerhardt研究所的J. Croissant等人近期完成了一项有关在癌症治疗过程中更有效地杀死癌细胞的研究,其成果发表在Small(DOI:10.1002/smll.201400042)。他们提出了一种新颖的药物控释体系,该体系的特点在于含有一种响应型的“荧光开关”,其可在双光子激发条件下打开,从而使得体系中所装载的抗癌药物释放出来,达到杀死癌细胞的目的。相对于以往文献中所报道的光响应型药物控释体系,该项研究将激发光波长范围由紫外-可见光范围拓展至近红外区域。由于近红外光线的强穿透能力、低散射损失以及无破坏性等优点,该项研究展现出更大的应用潜力。除此以外,在已有文献中鲜有关于双光子激发响应的介孔二氧化硅药物控释体系,该项研究也很好的填补了这一空白。

J. Croissant等人首先设计了一种对双光子激发响应的荧光分子(CF),其荧光发射光谱与偶氮苯(AZO)的荧光吸收光谱有重叠,适合偶氮苯的荧光能量共振转移,这对于“荧光开关”的打开至关重要。如图1所示,该药物控释体系的基体材料为含有此荧光分子的介孔二氧化硅,在对表面进行偶氮苯以及超分子络合物β-环糊精(βCD)接枝步骤后,便得到最终样品。相关测试结果表明,该体系的荧光量子产率φF仅有0.2%,相比于单独荧光分子的39%,其荧光能量共振转移量子产率φET达到了近乎99%,这足以表明材料中偶氮苯部分强烈的荧光能量共振转移效应,即“荧光开关”完全打开。

随后,抗癌药物喜树碱(CPT)被装载于该体系中,并通过使用人乳腺癌细胞系进行样品的体外双光子成像研究。研究结果表明,该体系可以成功地被细胞吞噬。而癌细胞杀伤实验最为有利的证明了该体系的高效性与应用潜力。通过图2中各项对比可以发现,在激光照射以及喜树碱同时存在的条件下,该体系才表现出较为明显的细胞死亡率,约30%的癌细胞被杀死,这其中荧光分子发挥着至关重要的作用。而不具有双光子激发响应特性的样品在同样条件下并未表现出良好的癌细胞杀死率。

虽然该项研究还不完善,仍有一系列后续工作需要开展,如动物实验等,不过该思路为癌症的治疗提供了一项新的选择,我们有理由相信,在不久的将来,响应型药物控释体系可以更为有效地发挥作用,并最终帮助医学工作者们克服癌症这一世纪性难题。 

原文链接:Two-Photon-Triggered Drug Delivery via Fluorescent Nanovalves