基于锰 (Ⅱ)-碳点肿瘤微环境响应自产氧高效纳米光诊疗剂

光动力疗法 (PDT) 是一项继手术、化疗和放疗等传统方法之后的肿瘤治疗新技术,具有创伤小、选择性好、副作用低以及可重复治疗等优点。PDT的主要原理是利用富集到肿瘤部位的光敏剂 (PSs) 吸收光子后将能量传递给氧分子,通过光敏化过程产生活性氧物种,从而引起肿瘤细胞坏死和凋亡。因此,光动力治疗具有氧气浓度依赖性,然而缺氧是肿瘤微环境的一个显著特征。目前,为改善肿瘤乏氧微环境,增强光动力治疗肿瘤效果,主要有两种方法:(1) 利用不同的氧气载体,如全氟化碳 (CF4) 和含氧血红蛋白 (HbO2),将氧气和PSs同时输送到肿瘤部位;(2) 基于肿瘤微环境的弱酸性(pH = 6.5 – 6.9) 和富含H2O2(0.5 nmol/104 cell/h)等特性,构建多功能纳米平台,使其与肿瘤内的H2O2反应原位产生氧气。由于MnO2在酸性条件下可高效催化H2O2产生氧气并释放出Mn2+,而Mn2+又同时可以作为一种高效的磁共振成像造影剂,因此不同结构的MnO2/PSs纳米复合材料可有效地改善肿瘤乏氧微环境以提高光动力治疗肿瘤效果。

碳点是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯等之后被发现的又一种新型碳纳米材料,具有优异的光学性质、良好的生物相容性和低毒性,在生物成像、化学传感、光催化和肿瘤诊疗等领域具有重要的应用前景。近日,中科院理化技术研究所光化学转换与功能材料重点实验室汪鹏飞和葛介超研究员设计合成了一种可在肿瘤内原位产生氧气的新型锰(Ⅱ)-碳点纳米组装体,该工作中,他们首先以锰 (Ⅱ) 酞菁为前驱体,采用溶剂热法成功制备了疏水性的Mn-碳点,然后利用双亲性聚合物DSPE-PEG和其发生疏水-亲水性自组装,以增强纳米组装体的水溶性,延长纳米组装体经静脉注射后在血液中的循环时间,提高其在肿瘤部位的聚集效率。实验结果表明,该纳米自组装体不仅具有优异的生理学稳定性、近红外荧光 (745 nm)、高的弛豫率 (6.97 mM-1s-1) 和单线态氧量子产率 (40%),而且还可以高效催化肿瘤微环境中的H2O2原位产生氧气,显著提高了肿瘤内的氧气含量。因此,该类锰(Ⅱ)-碳点纳米组装体可作为一种高效的肿瘤微环境刺激响应的氧气发生器,用于磁共振/荧光双模态成像介导的多功能纳米光诊疗剂来增强对乏氧肿瘤的光动力治疗。

此项研究为新型碳基纳米光敏剂的设计和应用提供了新的研究思路,拓展了碳点这一新型碳纳米材料在生物医学方面的应用。相关论文在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201706090)上,并于当期Back Cover做简要介绍。