双光子多色纳米体系用于细胞内多通道成像和靶向癌症治疗

癌症的及时诊断和有效治疗一直是医学上的难题。大量的报道表明，癌症患者的治愈与癌症被确诊的时间是密切相关的。因此，在癌症早期，特别是在细胞水平上诊断癌症，对提高癌症患者的治愈率具有重要意义。

图1. 双光子多色纳米体系的药物可控释放工作机制。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

目前分子成像技术在癌症的诊断和治疗中发挥着越来越重要的作用。在众多分子成像方法中，双光子荧光成像是一项非常有应用前景的技术。该技术利用近红外区域的低能量辐射产生高能可见光。近红外辐射对细胞的损伤较小，且能最大限度地减少生物组织的自发荧光干扰，并能更深入的穿透生物组织，更高效的用于生物成像。因此，双光子荧光成像非常适合应用于生物医学领域。同时与单色荧光成像相比，多色荧光成像可以提供更多通道的信息，更有利于在多组分复杂环境中进行生物成像。

图2. 双光子多色纳米颗粒在可见光(a)和紫外光(b)照射下的照片。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

近日，湖南大学/上海交通大学谭蔚泓院士，湖南大学张晓兵教授和宁波大学吴永祥老师报道了一种新型的双光子多色介孔二氧化硅纳米体系用于细胞内近红外光激发的多通道双光子成像和靶向癌症治疗。该纳米体系包括两部分：（1）双光子多色介孔二氧化硅纳米颗粒（MTP-MSNs）；（2）作为MTP-MSNs上孔隙封闭材料的核酸适配体AS1411，且AS1411能够靶向癌细胞。通过改变MTP-MSNs中三种染料的掺杂比例，可以调节荧光共振能量转移的信号。只需在单一近红外波长的激发下，MTP-MSNs表现出分布均匀、荧光强度高、光稳定性好的多色双光子荧光。而且，可以通过优化纳米颗粒中染料的含量来调节荧光发射光谱，在近红外光的激发下，只有波长最长的染料才能产生明亮的荧光。这一特性将克服许多有机染料Stokes位移小的缺点，使多色荧光纳米材料能够在具有内源性荧光的生物样品中被观察到。

图3. 双光子多色纳米体系用于MCF-7细胞和HEK293细胞的双光子多色荧光成像。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

图4. 双光子多色纳米体系对肿瘤细胞的靶向治疗效果。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

该工作表明，在介孔的MTP-MSNs上，使用核酸适配体不仅可以作为孔道阻断剂，同时也能够高效的响应特定的肿瘤细胞。这为设计一种能够选择性释放药物的纳米体系提供了一个有效的工具。更为重要的是该纳米体系具有消除生物体背景荧光、深层组织和高分辨率时空成像等优势，可以有效的用于细胞内的双光子多色成像。同时该纳米体系具有良好的生物相容性、特异性的靶向肿瘤细胞和高效的细胞内药物释放等优点，为在体内可控的药物释放等生物医学应用提供了有价值的参考。因此，该工作报道的多功能诊疗型纳米体系为早期癌症的诊断和靶向治疗提供了一个具有广阔应用前景的新策略。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，宁波大学吴永祥老师为文章的第一作者，通讯作者为湖南大学/上海交通大学谭蔚泓院士和湖南大学张晓兵教授。

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Multicolor Two-photon Nanosystem for Multiplexed Intracellular Imaging and Targeted Cancer Therapy

Yong-Xiang Wu, Dailiang Zhang, Xiaoxiao Hu, Ruizi Peng, Junbin Li, Xiaobing Zhang, Weihong Tan

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202103027

导师介绍

谭蔚泓

https://www.x-mol.com/university/faculty/10092 

张晓兵

https://www.x-mol.com/groups/zhang_xiaobing