Advanced Functional Materials:增强的光声成像指导光热和超声联合治疗实现肿瘤的有效根除

光声成像(PAI)作为一种新兴的无创成像技术,结合了光学成像的光谱选择性与超声成像的高分辨率和深度穿透性的优点。然而,光声信号受热膨胀的限制,光声能量转换效率相对较低。因此,开发一种用于增强光声成像的造影剂是非常有必要的。微泡作为一种敏感的、生物相容性好的造影剂,已被广泛应用于超声成像中。此外,微泡还可作为超声治疗的治疗剂,在超声照射下瞬间爆裂,诱导肿瘤细胞坏死,抑制肿瘤的生长。但是,由于气体具有快速扩散和生物清除的特点,气泡在血液循环中的半衰期较短,限制了其在体内的应用。因此,开发基于肿瘤酸性环境下可产生气泡的纳米颗粒用于增强的光声成像和超声治疗具有重要的意义。另一方面,在癌症治疗中,联合多种治疗策略具有极大的应用前景。光热治疗(PTT)具有成本低、特异性强、毒副作用小等优点。然而,光热治疗难以有效根治肿瘤,尤其是深部肿瘤,其原因是激光强度随深度的增加而减小。而超声治疗(UST)具有组织穿透性强的优点,可以治疗深部肿瘤。因此,可以采用光热治疗与超声治疗的联合以期望实现肿瘤的有效根除。

中科院长春应用化学研究所陈学思院士团队田华雨研究员针对光声成像和光热治疗的局限性,开发了一种增强的光声成像指导光热和超声联合治疗策略,可有效根除肿瘤。相关结果发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202009314)上。第一作者为中国科学院长春应用化学研究所徐彩娜副研究员。

作者开发了两种纳米材料,一种是聚乙烯亚胺接枝聚乙二醇修饰的金纳米棒(mPEG-PEI-AuNRs),另一种是基于聚乙烯亚胺接枝聚乙二醇与碳酸钙纳米颗粒静电作用制得的纳米颗粒(mPEG-PEI/CaNPs)。这两种纳米材料具有以下优点:(1)mPEG-PEI-AuNRs和mPEG-PEI/CaNPs在肿瘤酸性pH值条件下具有较高的细胞摄取。(2)mPEG-PEI/CaNPs可在肿瘤酸性环境下产生二氧化碳气泡,可增强mPEG-PEI-AuNRs的光声信号,用于指导体内精确治疗。(3)超声照射可使产生的二氧化碳气泡瞬间爆裂,诱导肿瘤细胞坏死,抑制肿瘤生长;同时,在近红外光照射下,可实现光热治疗。增强的光声成像指导光热和超声联合治疗可有效地根除肿瘤。这项工作对肿瘤的诊断和治疗具有重要的指导意义。