纳米材料所构建的光动力治疗和药物治疗的双模式治疗方法学术资讯

来源：X一MOL资讯

英文原题：A pH-Activable Chemo-Photodynamic Therapy Based on Cube-Wrapped-Cube α-NaYbF4:Tm@CaF2:Nd@ZnO Nanoparticles Mediated by 808 nm Light

通讯作者：杨飘萍，哈尔滨工程大学；仲雷，哈尔滨医科大学附属第二医院；杨丹，哈尔滨工程大学

作者：Qi Cai, Dan Yang, Lei Zhong, and Piaoping Yang

光动力治疗与药物治疗等抗肿瘤疗法会受到对氧气的极度依赖、对健康组织不可避免的光损伤、激发光源穿透性差以及不受控制的过早的药物释放等多种因素影响。由此设计一种能够具有缓解肿瘤细胞内乏氧环境、能够被穿透能力更强的红外光激发以及药物可控释放的多模式治疗剂成为广大研究者研究的内容。在本研究中，作者开发了一种在808 nm激光光致激发下基于α-NaYbF4:Tm@CaF2:Nd@ZnO纳米平台的新型光动力治疗与药物治疗双模式治疗方法。首先通过晶体外延的生长方法组装了α-NaYbF4:Tm上转换纳米粒子核，内源性的CaF2壳层以及最外层的高效光敏剂ZnO来构建核-壳-壳结构的α-NaYbF4:Tm@CaF2:Nd@ZnO纳米粒子（图1）。同时，稀土离子Yb3+/Tm3+/Nd3+共参杂使得材料在808 nm 近红外波长处激发具有低的光损伤和强的组织穿透性。近红外光激发下产生的紫外发射使得光敏剂产生大量的电子空位对，从而产生大量细胞毒性的羟基自由基以降低对氧气的依赖。随后为了使材料具有另一种治疗手段，利用PAA组装阿霉素形成光动力治疗和药物治疗双模式治疗的纳米复合材料。

图1. (A) α-NaYbF4:Tm, (B) α-NaYbF4:Tm@CaF2:Nd, 和 (C) NaYbF4:Tm@CaF2:Nd@ZnO 纳米粒子 (UZNPs) 的透射图像及其相应的粒度分布曲线. (D) UZNPs的扫描透射和元素mapping以及线扫描照片(E) α-NaYbF4:Tm, (F) α-NaYbF4:Tm@CaF2:Nd, 和(G) NaYbF4:Tm@CaF2:Nd@ZnO纳米粒子(UZNPs) 的虚线框区域的TEM放大图像及其相应的FFT图像、选区电子衍射（SAED）图像及XRD图谱。

由于高效敏化剂ZnO产生大量的空穴电子对将周围的水分子及氧分子转换为ROS，所得的UZNPs-PAA-DOX纳米平台在808 nm激光激发下展示出其较高的光动力效果。尤其通过图2可知，细胞中荧光染剂DCFH-DA颜色的改变，体外DCF、DPBF和EPR实验皆证明了材料在肿瘤微环境内能够产生ROS，从而说明UZNPs-PAA-DOX能够缓解肿瘤内乏氧环境，从而提高自身光动力治疗效果。

图2. (A) UZNPs-PAA-DOX纳米材料光动力疗法的机理。 (B) 荧光染料DCFH-DA检测活性氧的机理。UZNPs-PAA-DOX纳米材料产生的活性氧利用荧光染料DCFH-DA在细胞内的检测 (C), (D)。 (E) UZNPs-PAA-DOX纳米材料产生的活性氧利用荧光染料DCF在体外的荧光信号强度的变化。(F) UZNPs-PAA-DOX纳米材料产生的活性氧利用DPBF指示剂检测在体外的紫外吸收光谱的变化。 (G) UZNPs纳米材料利用荧光染料DCF在体外的荧光信号强度的变化。(H) UZNPs纳米材料利用DPBF指示剂检测在体外的紫外吸收光谱的变化。(I) UZNPs-PAA-DOX 和对照组的EPR 对照图谱。
同样，在动物体内抑瘤实验表明中也表明UZNP-PAA-DOX纳米材料对肿瘤模型具有很好的抑制作用。而在材料对活体安全方面的实验中，UZNP-PAA-DOX纳米材料也表现出较好的生物安全性（图3）。而在生物成像方面，材料中的镱可以作为CT和核磁的造影剂，从而使得材料在肿瘤治疗中拥有更多的成像手段。

图3. (A) 808nm近红外激光触发光动力疗法的机理。电子空穴（e--h+）对是辐照后产生的。(B) UZNPs-PAA-DOX的药物半衰期。 (C) 30分钟、1小时、6小时、12小时和24小时给药后，Yb3+在心脏、肝脏、脾脏、肺、肾和肿瘤中的生物分布（n=5）。(D) 荷瘤小鼠和瘤块在不同治疗条件下14天后的图像。不同给药条件下小鼠肿瘤 (E)和UZNPs-PAA-DOX给药条件下主要器官 (F) H&E染色图像。荷瘤小鼠在不同条件传给药后的肿瘤生长 (G)，小鼠体重变化 (H)和存活曲线 (I) 。
综上，作者首次通过晶体外延的生长方法合成了α-NaYbF4:Tm@CaF2:Nd@ZnO纳米粒子，并通过PAA包覆合成担载癌症治疗药物阿霉素的纳米复合材料。该复合材料具有集CT和核磁成像为引导、pH可调控药物治疗与增强光动力治疗为一体的治疗形式，这将为多模式治疗癌症提供一种新的思路。
相关论文发表在Chemistry of Materials 上，哈尔滨工程大学博士研究生蔡琪为文章的第一作者，哈尔滨工程大学杨飘萍教授、哈尔滨医科大学附属第二医院仲雷教授和哈尔滨工程大学杨丹副教授为该文章的共同通讯作者。

来源：X-molNews X一MOL资讯

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