可编程拟肽纳米晶体用于恶性胶质瘤的成像及多模式治疗|美国华盛顿州立大学林跃河、美国西北太平洋国家实验室陈春龙团队合作新进展

美国华盛顿州立大学林跃河教授团队和美国西北太平洋国家实验室（PNNL）陈春龙高级研究员合作，利用两亲类肽组装成类肽纳米管，承载药物和近红外荧光染料IR780，在恶性胶质瘤的多模式治疗方面取得了重要进展。实现了恶性胶质瘤的成像及多模式治疗，如化学治疗、光动力治疗、光热治疗等。以题为“Sequence-Defined Nanotubes Assembled from IR780-Conjugated Peptoids for Chemophototherapy of Malignant Glioma”发表在Research上 (Research, 2021, 9861384, DOI: 10.34133/2021/9861384)。

研究背景

恶性胶质瘤是最常见的脑部肿瘤，不仅具有很高的侵袭性还呈现出高发病率和死亡率。它们对周围的正常脑组织表现出侵袭性生长。虽然化疗仍然是主要的治疗方法，但是单一治疗方式存在药物利用率低，效果差且易复发等问题。并且，它不能解决胶质瘤的高侵袭性。为了取得更高的肿瘤杀伤效果，实现对胶质瘤的有效治疗，将多种治疗方式联合，进行多模式治疗已成为抗肿瘤的有效手段并受到广泛关注。开发生物相容性好的多模式治疗系统，将化疗与其他治疗方法，特别是光治疗手段相结合，是解决方案之一。

目前纳米载体介导的肿瘤光治疗，例如光热治疗（PTT）和光动力治疗（PDT）已取得了很大进展。光热治疗肿瘤短期效果好，光动力治疗持续时间较长。PTT和PDT协同治疗能有效提高疗效、减少毒副作用，但纳米载体对近红外试剂的承载效率会直接影响光治疗的效果。因此，构建一种能高效承载近红外试剂和抗癌药物的新型化学/PTT/PDT协同治疗纳米药物体系，不仅为胶质瘤的治疗带来了新希望，还为今后胶质瘤的临床治疗提供了广阔的前景。

研究进展

华盛顿州立大学林跃河教授团队利用自组装的类肽纳米管开发了一种有效的治疗胶质瘤的多模式治疗策略。IR-780碘化物（IR780）是脂溶性的阳离子花青素染料，不仅是很好的肿瘤活体成像荧光探针，并且在单一近红外激光照射下还能同时生成光热和单线态氧，可用于肿瘤的PTT/PDT联合治疗。为了解决IR780疏水性和高浓度自淬灭问题，以提高光治疗的效果，采用自组装的策略，构建了一维类肽纳米管药物输送体系（PepIR-DOX），实现了IR780与抗癌药物阿霉素（DOX）的共负载，用于恶性胶质瘤细胞U87MG的化学-PDT-PTT多模式治疗（图1）。

图1  基于类肽纳米管的药物输送体系用于恶性胶质瘤细胞U87MG的化学-PDT-PTT多模式治疗

类肽作为天然产物衍生物纳米材料，不仅生物相容性好，不易引起机体的免疫排斥反应，还具有优良的化学、物理和生理稳定性。我们将IR780修饰在类肽的端位，通过优化IR780的组装比例，最终自组装的类肽纳米管保持了均一管状形貌，能够有效输送疏水性的IR780至肿瘤细胞，还能解决光敏剂自淬灭的问题，提高光治疗的效果（图2）。此外，类肽纳米管高的比表面积还能够有效承载DOX，实现了对U87MG细胞的化学、光热和光动力协同杀死，极大程度上提高了癌症治疗的效率。

图2  类肽结构及PepIR自组装过程；不同IR780掺杂比例（20%，80%，100%）的类肽纳米管的表征

未来展望

基于类肽的独特特性，将IR780近红外染料修饰在类肽一端，自组装成类肽纳米管，不仅解决了染料高浓度淬灭问题，还验证了自组装的类肽纳米管对DOX的高效负载。研究表明，本研究开发的这种类肽纳米管体系能有效用于胶质瘤的化学-PDT-PTT多模式治疗，还为今后其他肿瘤的临床治疗提供了广阔的前景。

作者简介

林跃河，美国华盛顿州立大学终身教授，美国西北太平洋国家实验室（PNNL）Laboratory Fellow。林跃河教授当选为美国科学发展协会AAAS Fellow，英国皇家化学会会士，美国电化学会会士，美国医学与生物工程院院士，美国国家发明院院士, 美国华盛顿州科学院院士。林跃河教授主要致力于功能化纳米材料的设计以及能源和环境应用、开发新型纳米生物电化学传感设备及纳米材料用于生物医学诊断及药物递送，发表文章约550篇，总引用约58000次，h-index为125；入选汤森路透（Thomson Reuters）2014—2020全球高被引科学家（Highly Cited Researchers）。

陈春龙,美国西北太平洋国家实验室高级研究员，“跨尺度材料的设计合成和模拟”研究中心负责人。研究方向为：模拟蛋白质和肽链的类肽化合物设计、合成与自组装以及用类肽控制无机晶体材料的合成与生长。长远目标是以人造分子模仿和实现自然界蛋白质的功能和效果。现已发表3个美国专利和超过60篇研究论文，其中以通讯或第一作者在Nature Materials, Nature Communications, JACS, Angewand发表文章多篇，文章引用超过3000次; h-index为25。

宋阳博士毕业于华盛顿州立大学，近年在Small、Materials Today、Science Advances、Analytical Chemistry、ACS Sensors和 Biosensors and Bioelectronics等国际知名期刊发表论文50余篇，SCI他引近3000次，H指数30；申请美国专利2项。