Advanced Healthcare Materials:一石二鸟—-智能响应在体自组装策略用于肿瘤精准治疗

肿瘤诊疗一体化是一种将诊断与治疗相结合的策略,能够直接满足个体化治疗的要求,对提高肿瘤的治愈率具有十分重要的意义。纳米诊疗剂凭借纳米材料的独特优势,为诊疗一体化策略的发展提供了新的契机。一般来说,理想的纳米诊疗剂应具有良好的生物相容性和稳定性,血液循环时间长,能够在肿瘤部位实现高富集和高保留而在正常组织中能够被快速清除。只有具备这些性质才能确保纳米诊疗剂在对肿瘤具有高特异性和良好诊疗效果的同时减少对正常组织的毒副作用。然而生物体内存在的诸多生理屏障使得我们很难找到一种纳米诊疗剂能够同时满足上面所有的条件,对开发高效的纳米诊疗剂提出了极大的挑战。

纳米材料的物理化学性质,特别是尺寸和表面电荷极大地影响了其在生物体内的行为。例如,大尺寸(>100 nm)的粒子更容易利用高渗透长滞留效应(Enhanced Permeability and Retention Effect,EPR)来提高肿瘤的靶向性和富集率。但大尺寸的粒子无法深入肿瘤组织内部,从而导致治疗效果不够理想。此外,粒子尺寸的增加也会引起体内单核吞噬细胞系统(Mononuclear Phagocytic System,MPS)对粒子的识别和清除,缩短了其血液循环时间。虽然小尺寸的粒子更易向深层组织渗透,但从体内清除的速率较快,无法在肿瘤部位有效富集。因此,如何开发性质更“灵活多变”的纳米诊疗剂来平衡上述矛盾,对于实现肿瘤的精准诊断与高效治疗至关重要。

近期,西安电子科技大学生命科学技术学院王忠良课题组以金纳米粒子为主要结构单元,构建了一种肿瘤微环境响应的在体自组装纳米诊疗剂。由于金纳米颗粒表面修饰了两种带不同电荷的配体,使得该诊疗剂的表面性质与尺寸能够在体内循环的不同阶段得到有效调控。在血液循环中,诊疗剂能够以电中性、小尺寸形式存在,延长了其血液循环时间,有利于诊疗剂在肿瘤处的富集。而一旦到达肿瘤部位,诊疗剂表面的两种配体在肿瘤微环境低pH的条件下发生相互作用,通过原位自组装形成正电荷、大尺寸的粒子,能够更有效地利用EPR效应实现诊疗剂在肿瘤部位的高累积和高保留,为随后进行的光声成像诊断以及成像引导的光热治疗提供了必要的保证。研究结果表明,与非响应型的金纳米粒子相比,该肿瘤微环境响应的自组装纳米诊疗剂在肿瘤部位的光声信号和光热效应显著增强,不仅可以实现肿瘤的精准可视化成像,而且能够在光声成像的指导下有效地利用光热治疗杀死肿瘤细胞,在提高肿瘤特异性治疗的同时大大降低了对正常组织的损伤。

该工作利用肿瘤微环境的独特性质,通过在体自组装策略赋予了纳米诊疗剂更灵活的物理化学性质,使得纳米诊疗剂能够更好地满足在体应用的多重需求,为提高肿瘤的精准诊断与治疗提供了一定的思路和参考。 相关结果以“Acid-Induced In Vivo Assembly of Gold Nanoparticles for Enhanced Photoacoustic Imaging-Guided Photothermal Therapy of Tumors”为题,发表在Advanced Healthcare Materials(DOI: 10.1002/adhm.202000394)上。