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新加坡国立大学刘斌课题组Chem:基于自发光的AIE纳米工具,特异性示踪并杀伤肿瘤

肿瘤的体内特异性诊断以及精准治疗一直是生物医学、材料学以及临床医学等多个领域研究的热点。其中,光学成像近年来逐渐成为肿瘤示踪诊断中重要的研究工具。传统的荧光探针由于其自身穿透能力的限制,很难应用到活体深度肿瘤的示踪研究中。化学发光是一种在室温下将化学能转化为光能的化学现象,其反应体系多以草酸酯、过氧化氢(H2O2)以及荧光染料为主要组成部分,自发光波长通常由所采用的荧光染料的性质所决定。由于可以受H2O2激发产生自发荧光,这种发光体系逐渐引起疾病诊断领域的研究人员的极大关注。受此启发,新加坡国立大学(NUS)刘斌教授(点击查看介绍)课题组的研究人员开发了一种新颖的基于聚集诱导发光(AIE)光敏剂的化学发光纳米材料,并首次实现了动物体内肿瘤的自发光成像和药物协同治疗。相关研究发表于Chem 杂志,刘斌教授课题组的博士后研究员毛铎武文博为论文的共同第一作者。

刘斌教授。图片来源:NUS


研究人员发现,与光辐射相似,光敏剂受到化学能激发同样可以产生单线态氧(1O2),杀伤肿瘤细胞。因此,通过合理的分子结构设计,研究人员合成了一种具有AIE性质的化学发光纳米粒子(C-TBD)。该纳米粒子由AIE光敏剂(TBD)、化学染料分子(CPPO)、F127聚合物以及豆油四部分组成(图1a),不但可以克服之前自发光纳米粒子中荧光染料聚集淬灭的缺点,同时经过化学能(H2O2)激发可以有效产生单线态氧以及近红外自发荧光(图1b/c)。

图1. 光敏剂化学结构、C-TBD纳米粒子结构以及化学发光产生单线态氧原理。图片来源:Chem


C-TBD纳米粒子可通过EPR效应富集在肿瘤组织中,而肿瘤微环境中H2O2水平较高,这样纳米粒子即可被特异性激活。为了验证这些想法,研究人员通过尾静脉注射将这种纳米粒子注入实验动物体内。实验结果表明C-TBD纳米粒子自发光成像打破了传统荧光肿瘤成像的组织深度的限制,精确的将腹腔转移微小肿瘤通过活体成像显影出来(图2)。

图2. C-TBD纳米粒子对腹腔转移肿瘤的自发光特异性成像。图片来源:Chem


同时研究人员筛选出了一种治疗肿瘤的临床用药FEITC,可以在不影响正常组织功能的情况下提高肿瘤微环境的H2O2浓度。FEITC与C-TBD纳米粒子联合使用,肿瘤的自发光信号的强度以及信噪比被进一步提高。与此同时,经过联合治疗过程,研究人员也观察到了明显的肿瘤体积缩小、肿瘤细胞凋亡等现象(图3)。

图3. C-TBD纳米粒子与抗癌药物FEITC联合诱导肿瘤细胞凋亡抑制肿瘤生长。图片来源:Chem


进一步的细胞数据揭示C-TBD纳米粒子受到FEITC作用产生大量的单线态氧,引起了细胞膜的脂质体氧化并同时打开了细胞内的凋亡途径。由于现今临床治疗肿瘤的手段如各种放疗化疗,普遍能引起肿瘤组织氧化水平的提升,这些肿瘤杀伤的证据可以充分证明C-TBD纳米粒子在增强传统临床抗肿瘤疗法方面具有巨大的应用潜力。


可以预见,这种基于AIE的自发光纳米材料可以为今后临床上的肿瘤精确定位、抗肿瘤治疗提供强大而有效的工具。也为疾病诊断示踪材料的设计提供新颖的思路。


该工作在完成过程中得到南开大学生命科学学院、药物化学生物学国家重点实验室、生物活性材料教育部重点实验室的大力支持。


该论文作者为:Duo Mao, Wenbo Wu, Shenglu Ji, Chao Chen, Fang Hu, Deling Kong, Dan Ding, Bin Liu

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Chemiluminescence-Guided Cancer Therapy Using a Chemiexcited Photosensitizer

Chem, 2017, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.10.002


导师介绍

刘斌

http://www.x-mol.com/university/faculty/40437


(本稿件来自Chem


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