Sci. Adv.：安全、稳定光热TeSe纳米异质彻底根除小鼠肿瘤

【研究背景】

具有改善的生物相容性，更高的光热效应以及附加的同时功能的新兴2D纳米材料为生物医学应用描绘了广阔的前景。但是，在患者临床使用之前，该领域中的一些挑战性问题仍亟待解决。主要包含生物安全性（短期和长期的安全问题）、实现对现有方法的高疗效或与常规疗法相结合的协同功效、临床治疗的纳米材料的非均质性以及稳定性和生物可降解性能等。二维纳米材料在肿瘤治疗领域有着独特的优势，可以很好的解决上述难题，但是大多数液相剥离的二维纳米材料形状不均匀，这是二维材料在应用中的共同难题。

【成果简介】

近日，深圳大学张晗教授、瑞典卡罗林斯卡医学院曹义海院士和深圳市人民医院刘利平副教授联合制备了一种新型的二维横向异质结，即硒包覆的碲纳米异质结。新合成的TeSe具有较高的稳定性，生物相容良好且尺寸高度均匀。相对于其他健康组织，TeSe纳米粒子在小鼠中的系统性递送在肿瘤中显示出高度特异性的积累。光照时，TeSe纳米颗粒在临床前模型中几乎可以完全根除肺癌和肝细胞癌。与肿瘤抑制一致，PTT改变了肿瘤的微环境并诱导了癌细胞凋亡。作者展示了TeSe纳米材料的抗癌功效、机制及其对肿瘤微环境（TME）改变的影响。该文章近日以题为“Eradication of tumor growth by delivering novel photothermal selenium-coated tellurium nanoheterojunctions”发表在知名期刊Sci. Adv.上。

【图文导读】

图一、TeSe纳米材料的形貌表征

TeSe的纳米结构的TEM图像（A-H），AFM图像（I-L）以及相应的高度线轮廓（M）和厚度统计分析（N）。四种纳米材料分别为TeSe(1:0.25), TeSe(1:0.5), TeSe(1:0.75), TeSe(1:1)。

图二、TeSe纳米材料的理化性质表征

（A）TEM图像显示三个纳米颗粒及其之间的空间。

（B）对应的Te元素mapping图像。

（C）对应的Se元素mapping图像。

（D）集成Te和Se元素mapping图像。

（E）对应的O元素mapping图像。

（F）集成的Te，Se和O元素mapping图像。

（G）对应的C元素mapping图像。

（H-I）HRTEM图像显示晶体边缘非晶区和表面原子排列。

（J）提出了在PVP链和纳米线存在下Te和Se原子排列的示意图和椭圆形状，分别解释了Te和Se在一维和二维几何中的关系。

（K-L）Te₁₁₁O₃和Se₅₄Te₅₇O₃的模拟氧化原子结构。

（M-N）Te 3d和Se 3d的XPS图像。

（O）200至1200 nm范围内的紫外线-可见吸收光谱。

（P）TeSe（1：1）样品的光热转化效率（η），808 nm，1.0 W/cm²。

（R）光热的稳定性，808 nm，1.0 W/cm²。

图三、TeSe纳米材料的生物安全性评估

（A）评估SMMC-7721细胞的细胞活力。

（B）在各种存储时间（0、3和6天）下，在盐水（1000 ppm）中的纯Te纳米材料的照片。

（C）不同时间后Te分散体的吸光度曲线。

（D）在盐水中储存6天后的TeSe样品的照片。

（E）在盐水中不同存储时间（1、7、15和30天）的TeSe（1：1）（250 ppm）的照片。

（F）在指定天数后TeSe（1：1）分散体的吸收曲线。

（G）注射不同剂量（1.0、1.5和3.0 mg/kg）不同分散时间（0、3和6天）的纯Te纳米材料后，小鼠的存活率。

（H）以不同的注射剂量（1.0、1.5、3.0和6.0mg/kg）存储的各种持续时间（0、3和6天）和注射TeSe（1：1）后小鼠的存活率。

（I）注射盐水，媒介物（PVP）和TeSe（1：1）后的小鼠体重变化。

图四、TeSe纳米材料的肿瘤靶向效率研究

给A549荷瘤小鼠静脉注射TeSe纳米材料（2 mg/kg），并负载相同量的Cy7染料。（A-B）在所示的时间点，测量肿瘤部位的荧光强度，并计算时间依赖性强度。

（C）注射后24小时，分离出肿瘤和主要器官的荧光强度。

（D）在（C）中的器官和肿瘤的相对位置的图示。

（E-F）不同材料，不同器官的相对荧光强度。

图五、体内外光热（PTT）抗肿瘤

（A）不同浓度不同材料对SMMC-7721细胞存活率的影响（808 nm，1.0 W/cm^-2，10 min）。

（B）TeSe（1:1）与不同细胞孵育光照不同时间后的细胞存活率（100 ppm，808 nm，1.0 W/cm^-2）。

（C）不同光照强度下，TeSe（1:1）与不同细胞孵育后的细胞存活率（100 ppm，808 nm，10 min）。

（D）在激光照射期间不同处理组肿瘤部位处的温度变化。

（E）实时监控（D）的温度变化。

（F）不同治疗组小鼠体重变化。

（G-I）不同治疗组小鼠肿瘤体积变化，治疗结束时小鼠离体肿瘤照片以及肿瘤质量。

图六、光热治疗后小鼠肿瘤微环境变化

PTT后3天分离肿瘤，石蜡切片进行DNA断裂（TUNEL）、Ki67、CA9、Iba1和CD31的免疫荧光染色。

（A）肿瘤环境变化的典型影像学表现。

（B-F）作为参数类型函数的统计分析。（B）TUNEL的DNA断裂，（C）Ki67，（D）CA9，（E）Iba1和（F）CD31。

【结论展望】

在这项研究中，作者旨在解决影响二维纳米材料临床应用的关键问题，制造了一种新型的二维TeSe横向异质结纳米材料，该材料具有几个独特的特征：（i）生物相容性好，（ii）形态均匀，（iii）肿瘤中相对较高的蓄积量，（iv）高度稳定，（v）高的光热转换效率。这种无毒的TeSe纳米材料在荷瘤小鼠中的全身递送产生了惊人的抗肿瘤作用，暴露于光线下，TeSe纳米颗粒在临床前模型中几乎可以完全根除肺癌和肝细胞癌。与肿瘤抑制一致，PTT改变了肿瘤的微环境并诱导了巨大的癌细胞凋亡。总之，经过研究，作者认为该研究为抗癌纳米材料的临床应用提供了巨大的前景。

文献链接：Eradication of tumor growth by delivering novel photothermal selenium-coated tellurium nanoheterojunctions(Sci Adv,2020, DOI: 10.1126/sciadv.aay6825)

本文由大兵哥供稿。

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