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光聲成像材料探索:腫瘤微環(huán)境激活的光聲成像顯影劑

瀏覽次數(shù):839 發(fā)布日期:2022-7-15  來源:锘海生命科學(xué)

在生物成像和光診療學(xué)領(lǐng)域,通過對(duì)材料的結(jié)構(gòu)調(diào)整以控制其光學(xué)性質(zhì)是探索新材料,發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用的重要且常見方式。貴金屬就是其中較為主要的一類原料,但通常的貴金屬材料存在兩個(gè)明顯缺點(diǎn):一、激發(fā)波長(zhǎng)通常落在可見光和近紅外一區(qū)(NIR-I,700 – 1000 nm),這使得成像的深度降低,同時(shí)無法與組織發(fā)生明顯的作用;二、該類材料通常不具備激活功能(即始終在線,Always-on),使得難以從成像中分辨目標(biāo)和其他無關(guān)組織,同時(shí)可能會(huì)存在未知副反應(yīng)。

在這樣的背景下,作者Chunyu Zhou等人將目標(biāo)放在更高信噪比、更大成像深度的近紅外二區(qū)(NIR-II,1000 – 1700 nm),開發(fā)能夠?qū)δ[瘤微環(huán)境進(jìn)行響應(yīng)的貴金屬納米材料。該材料以金納米粒子(Gold nanoparticles,AuNPs)為主體(見圖1),在乙醇和水的混合體系中使其形成納米鏈(Nanochain)。之后引入四乙氧基硅烷(Tetraethyl orthosilicate,TEOS),水解后包裹金納米鏈,形成核鞘結(jié)構(gòu)(Core-sheath nanostructure,AuNCs@SiO2)。注射至小鼠體內(nèi)后,因腫瘤微環(huán)境(Tumor microenvironment,TME)中高H2O2水平觸發(fā)鄰近金納米顆粒在AuNCs@SiO2的有限局部空間內(nèi)融合,從而產(chǎn)生了具有強(qiáng)NIR-II吸收的串狀結(jié)構(gòu)。

圖1:AuNCs@SiO2作用示意圖

因AuNCs@SiO2具有TME激活特性,因此不容易受其他組織的影響,表現(xiàn)出優(yōu)異的光聲成像性能(圖2)。

圖2:正常組織與腫瘤組織的超聲、光聲成像對(duì)比

同時(shí),AuNCs@SiO2在1064 nm處光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)82.2%(圖3),可導(dǎo)致癌細(xì)胞嚴(yán)重死亡,顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)(圖4、5、6)。

圖3:AuNCs@SiO2與其他已報(bào)道的光熱治療試劑的轉(zhuǎn)換效率對(duì)比:1) AuNCs@SiO2; 2) Au3Cu@PEG TPNCs; 3) Au-wires-on-AuNR; 4) Pt Spiral; 5) Cu2MnS2 NPs; 6) Nb2C (Mxene); 7) Cu3BiS3 NRs; 8) L-Pdots; 9) TBDOPV-DT NPs; 10) SPN-DT

圖4:注射PBS和AuNCs@SiO2的荷4T1瘤小鼠光熱紅外熱成像(1064 nm NIR-II激光,0.5 W/cm2

圖5:注射PBS和AuNCs@SiO2后,腫瘤部位溫度與照射時(shí)長(zhǎng)的變化趨勢(shì)

圖6:接受相應(yīng)治療后的小鼠腫瘤大小對(duì)比(I:PBS;II:AuNCs@SiO2;III:PBS+Laser;IV:AuNCs@SiO2+Laser)

總結(jié):作者首次成功合成出具有TME響應(yīng)的、同時(shí)具有光聲成像和光熱治療功能的二氧化硅包裹自組裝金納米鏈。通過TME中高濃度H2O2水,使金納米粒子表面檸檬酸氧化,進(jìn)而脫離納米粒子表面,導(dǎo)致金納米粒子融合,產(chǎn)生強(qiáng)NIR-II吸收。這一新型材料或許能夠?yàn)闇?zhǔn)確非侵入性診療打開新的大門。

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