苏州大学ACS Nano: 提高Cu2-xSe纳米晶体的放射增敏和光热性能，用于放射疗法与光热疗法协同治疗原位乳腺癌

tt 5年前 (2019-02-16) 6471浏览

【引言】

放射治疗是治疗实体肿瘤最重要、最有效的方法之一，因为超过一半的肿瘤患者接受过放射治疗。放射治疗主要通过高能射线（比如X射线或γ射线）照射癌症组织，直接或间接损伤细胞内的脱氧核糖核酸（DNA），导致受照细胞的凋亡和死亡。虽然放射治疗具有多种优点，但是由于肿瘤组织与正常组织对射线的敏感性差异较小，导致放射治疗在治疗肿瘤组织的同时也会对正常组织造成损伤。因此，如何提高放疗效果、降低对正常组织的损伤成了肿瘤放疗中的重要问题。

为了最大限度地提高肿瘤组织对射线的辐射敏感性，同时尽量减少辐射对正常组织的损伤，诸如金、铋、钨、铂等高原子序数的纳米材料被广泛用作放射增敏剂。它们可以通过EPR效应富集到肿瘤部位，成为集多模态成像（CT成像、光声成像、磁共振成像等）以及多模式治疗(光热治疗、放射治疗等)于一体的新一代纳米诊疗探针。研究表明，这些能将放疗与其它疗法相结合的纳米颗粒可以显著提高肿瘤的治疗效果。其中一种最有效的组合是放疗与光热治疗相结合，这种联合治疗可以有效消融肿瘤细胞，防止肿瘤转移和复发。

【成果简介】

近日，苏州大学李桢教授课题组报导了哑铃型异质结构的硒化铜-金纳米探针可以作为一种高效的放射增敏剂，用于增强放射治疗。4T1肿瘤细胞吞噬异质结构纳米晶体后，其X射线的平均致死剂量较没吞噬的4T1细胞显著降低了40%。由于异质结构的协同作用，所用的X射线剂量也远低于相应的Cu2-xSe纳米颗粒、Au纳米颗粒及二者的混合物。Cu2-xSe-Au（CSA）异质结构的放射增敏效率较 Cu2-xSe纳米颗粒显著提高了45%（从1.1 Gy到1.6 Gy）。同时，由于局部表面等离子共振的协同作用，异质结构纳米探针的光热转化效率也显著提高了。这些特性使其成为多模态成像造影剂和用于成像引导的放射/光热协同治疗癌症的试剂。该成果以题为”Boosting the Radiosensitizing and Photothermal Performance of Cu2-xSe Nanocrystals for Synergetic Radiophotothermal Therapy of Orthotopic Breast Cancer”发表在ACS Nano上。

【图文导读】

Scheme 1.异质结构的硒化铜-金纳米颗粒用于多模态成像和放疗与光热协同治疗癌症的示意图

Figure 1.纳米颗粒的表征

(a,b).CS纳米颗粒和CSA纳米颗粒的TEM图

(c). CSA纳米颗粒的HRTEM图

(d).CSA纳米颗粒的高角度环形暗场扫描TEM

(e).CS纳米颗粒和CSA纳米颗粒的XRD表征

(f). CS纳米颗粒和CSA纳米颗粒的紫外吸收谱图

Figure 2.纳米颗粒体外成像与治疗表征

(a).CSA纳米颗粒溶液的光热稳定性

(b,c).不同浓度的CSA溶液在808 nm激光照射下的升温照片和光热曲线

(d).不同浓度的CSA溶液的光声成像图像和信号强度

(e).不同浓度CSA纳米颗粒溶液的细胞毒性

(f).不同浓度CSA纳米探针在不同激光强度照射下对4T1细胞的杀伤作用

图3.协同放射热治疗

(a).与不同浓度的CS，Au和CS+Au纳米颗粒以及临床使用的碘普罗胺相比，CSA纳米颗粒的体外CT成像和信号强度

(b). 4T1细胞分别与CS，Au，CS+Au和CSA纳米颗粒共培养后，在不同剂量X射线照射下的存活率

(c). 4T1细胞分别与CS，Au，CS+Au和CSA纳米颗粒共培养后， 6 Gy X射线照射后的细胞DNA损伤

(d). 4T1细胞与CSA纳米颗粒培育后，在不同激光和射线强度照射下的协同治疗分析

图4.血常规检查和血生化分析

图5.活体成像

(a). 4T1原位荷瘤小鼠注射CSA溶液前后的肿瘤光声成像

(b).注射99mTc标记的CSA纳米颗粒溶液后，4T1原位荷瘤小鼠的SPECT/CT图像

(c,d).瘤内分别注射CSA纳米颗粒和碘普罗胺溶液后，肿瘤的CT图像和信号强度对比

图6.活体治疗效果

(a,b). 4T1原位荷瘤小鼠在注射CSA纳米颗粒溶液和PBS溶液后光热治疗时的红外热成像图像和肿瘤部位升温曲线

(c,d,e,f). 4T1原位荷瘤小鼠在不同条件治疗后的体重、肿瘤体积、存活率变化和肺部切片图

【小结】

在这个工作中，作者通过室温下硒化铜纳米颗粒与HAuCl4溶液之间的自发氧化还原反应，成功制备了硒化铜-金异质结纳米颗粒晶体。由于协同效应，所得的异质结构在光热转化效率和X射线衰减方面比单独的硒化铜纳米颗粒、金纳米颗粒及两者混合物具有更好的性能。这些特性确保了硒化铜-金异质结纳米晶体在多模态成像、放疗与热疗协同治疗原位乳腺癌时的良好性能。

Boosting the Radiosensitizing and Photothermal Performance of Cu2-xSe Nanocrystals for Synergetic Radiophotothermal Therapy of Orthotopic Breast Cancer

(ACS Nano, 2019, DOI: 10.1021/acsnano.8b06795)

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通讯作者及团队介绍

李桢教授，苏州大学放射医学及交叉学科研究院特聘教授，博士生导师，入选中组部“青年千人计划”、江苏省“双创人才”、江苏省“特聘教授”、“洪堡”学者。从事多功能纳米材料的相关研究，发表SCI论文100余篇，论文被引5000余次，研究成果荣获北京市科学技术一等奖。目前承担滚球体育 部纳米重点专项、基金委重大仪器研究项目和基金委面上项目等。

近年来的代表性论著:

  1. S. H. Zhang, C. X. Sun, J. F. Zeng, G. L. Wang, Y. Wang, Q. Sun, Y.Wu, M. Y. Gao, S. X. Dou,Z. Li*, Ambient Aqueous Synthesis of Ultra-small PEGylated Cu2−xSe Nanoparticles as a Multifunctional Theranostic Agent for Multimodal ImagingGuided Photothermal Therapy of Cancer,Adv. Mater., 2016, 28,8927-8936.
  2. L. Wen, L. Chen, S. M. Zheng, J. F. Zeng, G. X. Duan, Y. Wang, G. L. Wang, Z. F. Chai,Z. Li*, M. Y. Gao*, Ultrasmall Biocompatible WO3-xNanodots for Multi-modality Imaging and Combined Therapy of Cancers,Adv. Mater., 2016, 28, 5072-5079.
  3. F. X. Mao, L. Wen, C. Sun, S. Zhang, G. Wang, J. Zeng, Y. Wang, J. M.Ma*, M. Y. Gao,Z. Li*, Ultrasmall Biocompatible Bi2Se3Nanodots for MultimodalImaging-Guided Synergistic Radiophotothermal Therapy against Cancer,ACS Nano, 2016, 10, 11145–11155.
  4. X. X. Jiang, S. H. Zhang, F. Ren, L. Chen, J. F. Zeng, M. Zhu, Z. X. Cheng, M. Y. Gao,Z. Li*, Ultrasmall Magnetic CuFeSe2Ternary Nanocrystals for Multimodal Imaging Guided Photothermal Therapy of Cancer.ACS Nano, 2017, 11, 5633-5645.
  5. H. Zhang, T. T. Wang, W. B. Qiu, Y. B. Han, Q. Sun, J. F. Zeng, F. Yan, H. R. Zheng,Z. Li*, M. Y. Gao, Monitoring the Opening and Recovery of the Blood–Brain Barrier with Noninvasive Molecular Imaging by Biodegradable Ultrasmall Cu2–xSe Nanoparticles.Nano Lett.2018, 18, 4985-4992.
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