IAM團隊黃維院士、趙強教授課題組提出一種全新的單線態氧釋放策略,可實現乏氧腫瘤的光動力治療

發佈者:澳门网上真人赌场、信息科學與納米技術研究院 發佈時間:2019-06-26瀏覽次數:24

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2019年5月15日,正规真人赌场平台IAM團隊的黃偉院士和趙強教授報道了一種新型聚合物單線態氧載體 ,它可以有效控制缺氧腫瘤中單線態氧的釋放。腫瘤生長受到抑制 。該研究發表在“用於光熱釋放單線態氧用於缺氧腫瘤治療的聚合物載體的再設計”(Research,2019,9269081,DOI: 10.34133/2019/9269081)的研究中。

研究背景

光動力療法(PDT)由於其小的侵入性和高的空間和時間精確度已經成爲一種新興的癌症治療方法。光動力療法通過光敏化光敏劑以在損傷組織中產生細胞毒性活性氧物質來實現治療目的  。光動力療法已應用於年齡相關性黃斑變性 ,病毒感染,動脈粥樣硬化和皮膚癌,並且已顯示出治療深部實體瘤的巨大潛力。然而 ,實體瘤具有異常的血管分佈和代謝,這使得內部處於缺氧環境中,限制了單線態氧的產生。此外,在光動力療法期間消耗氧氣  ,這增加了腫瘤中的缺氧程度,導致PDT對腫瘤治療的有限臨牀效果 。

研究進展

黃偉院士和趙強教授設計了一種新型聚合物單線態氧載體(P1) ,如圖1所示 。該聚合物由1,4-二甲基萘(DMN)衍生物  ,氮雜硼酰二吡咯(B1)和水溶性聚乙二醇(PEG)。其中,DMN與單線態氧反應形成內過氧化物並在加熱時釋放單線態氧,B1由於其摩爾消光係數大 ,近紅外線吸收和發射強,不僅可以用作光熱試劑或良好的近紅外成像試劑 ,有效地增強組織穿透深度。同時 ,PEG的引入增加了聚合物載體的水溶性並且還增強了腫瘤組織的靶向。

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圖1.聚合物載體捕獲和釋放單線態氧的機制。

首先 ,作者研究了聚合物載體的光物理性質,光熱性質和單線態氧捕獲和釋放性質(圖2)。從吸收光譜可以看出,P1在243nm和689nm處的吸收分別與DMNB1單體一致 。當加載單線態氧時,P1-SO在243 nm處的吸收明顯弱於P1,因爲單線態氧的捕獲破壞了DMN的共軛結構 ,導致243 nm處的吸收急劇下降 。P1P1-SO的最大發射峯均在730nm處 ,這與B1單體的發射峯一致 。P1捕獲單線態氧以形成內過氧化物P1-SO並在缺氧環境中通過照射快速釋放單線態氧。

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圖2(a) - (c)B1和聚合物載體的紫外 - 可見吸收光譜和熒光發射光譜; (d)P1的單線態氧捕獲性能;在低氧環境中 ,(f)P1-SO後不同溫度(e)和單線態氧釋放性能 。

接下來 ,作者研究了P1-SO在癌細胞中的光動力治療效果(圖3)。結果發現P1-SO在光照後可以釋放缺氧癌細胞中的大量單線態氧 ,具有很強的光毒性,對缺氧癌細胞具有良好的光動力治療作用。

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圖3(a)P1P1-SO照射後產生ROS; (b)孵育的Hela細胞的凋亡成像P1P1-SO;P1P1-SO(c和d)細胞暗毒性和光毒性;孵育P1P1-SO(e和f)後照射後Hela細胞的流式細胞術結果。

最後,作者應用P1-SO治療小鼠活腫瘤,並證明腫瘤部位富集的P1-SO可在照射後迅速釋放大量單線態氧,進一步實現活體缺氧腫瘤的發光。功率療法(圖4)。

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圖4小鼠的腫瘤相對大小的變化(a) ,小鼠體重的變化(b) ,以及在治療後通過解剖小鼠獲得的腫瘤的照片(c) 。

未來展望

缺氧一直是限制光動力療法效果的重要因素,嚴重阻礙了光動力療法的進一步發展和臨牀應用。目前,解決實體瘤缺氧的策略都是採用自氧化物質系統,其實際效果有限  。作者設計的多功能一體化單線態氧載體不需要氧氣參與光動力療法,爲低氧腫瘤的光動力治療提供了新思路 ,對光動力療法在臨牀應用中的發展具有重要意義 。

專家簡介

黃維 ,中國科网上真人赌场院士  ,俄羅斯科网上真人赌场外籍院士,亞太材料科网上真人赌场院士 ,東盟工程技術院院士 ,巴基斯坦科网上真人赌场院士 。有機電子/柔性電子。 “長江學者”特聘教授 ,國家傑出青年科學基金獲得者,“千人計劃”國家級專家(落後),“973”項目首席科學家  。亞太工程組織協會副主席(FEIAP)(主席) ,英國謝菲爾德大學名譽博士,英國皇家化學學會會員,美國光學學會會員,國際光學學會會員工程  。黃偉院士是最早從事聚合物發光二極管顯示器研究的國際學者之一 ,長期以來一直活躍於有機光電子和柔性電子領域  。自20世紀90年代初以來 ,他一直致力於有機(光電子) ,塑料電子  ,印刷電子和柔性(光),這是通過物理,化學 ,材料,電子,信息 ,生命和醫學的交叉整合發展起來的。電子學等國際前沿學科的研究  ,在構建有機光電子學理論體系框架 ,實現有機半導體的高性能和多功能性 ,促進科學技術的轉化和產業化方面,已經取得了許多開拓性 ,創新性和系統性的研究 。技術成就 。性研究工作是中國有機(光學)電子和柔性(光學)電子學科的創始人和先驅。 作爲通訊作者 ,他在SCI學術期刊上發表了700多篇研究論文,如Nature,Nature Materials,Nature Photonics ,Nature Nanotechnology ,Nature Communications ,Advanced Materials ,Journal of the American Chemical Society等.H因子爲101  ,引用了超過50,000名國際同行  。它是世界上被高度評價的材料科學和化學學者,SciVal(世界頂級科學論文數據庫)材料科學和OLED,太陽能電池和共軛聚合物排名世界第一 ,獲得美國,新加坡和中國等國家授權發明專利280其餘的,出版學術專着,如《有機電子學》《生物光電子學》《有機薄膜晶體管材料器件和應用》《OLED顯示技術》 。曾兩次獲得國家自然科學獎二等獎,三次獲得科學技術自然科學獎一等獎,以及和良合力基金科技進步獎二等獎。結果入圍“中國高中”。 “科技進步” ,中國“高校科技進步十大”30個候選項目,SciVal(世界頂級科技論文數據庫)材料學科,OLED ,太陽能電池和共軛聚合物排名世界第一,很多在材料科學和化學領域的時代在該領域的“高度引用的學者”名單。

趙強,正规真人赌场平台有機電子與信息顯示國家重點實驗室培育基地教授,博士生導師 ,國家傑出青年科學基金獲得者。有機和生物光子學領域的長期研究,專注於高性能和智能響應有機半導體的結構設計和性能控制 ,以及他們在光電器件和生物醫學應用中的系統和創新研究工作 。近年來,在自然通訊,化學評論 ,美國化學學會期刊,Angewandte Chemie國際版和先進材料等期刊上發表了160多篇SCI論文作爲記者或第一作者 。 SCI引用該論文超過8000次,H指數爲49.在中國授權發明專利31項  。研究結果已經被Nature,Nature Asia ,Chemical& amp; Co.工程新聞 ,Phys.org ,MaterialsViews,ChemistryViews等作爲研究亮點。曾獲國家自然科學獎二等獎,教育部科研成果優秀自然科學獎一等獎,江蘇省科學技術獎一等獎(2010年) 。他被選爲“百萬計劃”的國家頂尖人才,教育部“長江學者獎勵計劃”的年輕學者,以及教育部新世紀人才計劃。

撰文:黃天慈主編:劉新如評論:範秋麗