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北京化工大学尹梅贞教授:“聚集增强光动力”、尺寸可缩减的纳米药物
2018-07-19 来源:中国流变网    点击次数:46次    

  近年来,形态各异、功能丰富的纳米材料不断涌现,推动着抗肿瘤纳米生物材料的不断更新和发展。由于纳米尺寸效应,纳米生物材料在生物体内具更长的循环时间,并可通过高通透性和滞留效应(EPR效应)靶向到肿瘤位置。目前,通过分子自组装技术,人们可以制备集合多种功能的纳米材料,实现癌症的精准诊断与治疗。但是,如何构建简便高效的纳米材料仍然是目前研究中的难点。

  近日,北京化工大学尹梅贞教授课题组报道了一种基于吲哚方酸菁染料的自组装纳米药物,并将之应用于深层光动力-化疗联合肿瘤治疗,同时提出了花菁分子“聚集增强光动力”的理论。通过分子设计引入多功能基团,并进一步研究分子的自组装以及解组装过程,为制备高效抗肿瘤纳米材料提供了一种新途径。该工作发表于Angew. Chem. Int. Ed.,题为“A Size-Reducible Nanodrug with Aggregation-Enhanced Photodynamic Effect for Deep Chemo-Photodynamic Therapy”,DOI: 10.1002/anie.201807602。冀辰东博士为论文的第一作者,尹梅贞教授以及中国科学院高能物理研究所尹文艳副研究员为共同通讯作者。

图1 多功能纳米药物PTN的设计思路。

(A)基于吲哚方酸菁的多功能分子的化学结构及自组装形成纳米药物PTN(I)的示意图。

(B)II:染料分子通过“聚集增强光动力”效应产生单线态氧的过程。III:单线态氧诱发纳米药物尺寸缩减的过程。IV:小尺寸纳米粒子能够更深层穿透肿瘤。V:实现光动力-化疗联合治疗杀死癌细胞。

图2 多功能纳米药物PTN的性能研究。

(A)PTN的扫描及透射(插图)电镜照片。

(B)PTN溶液在自然光和紫外光下的照片。

(C)PTN在水中的吸收和发射光谱。

(D)光动力性能测试:与单分子相比,PTN中处于聚集态分子的光动力性能大大提高。

(E)PTN光照10 min后的扫描及透射(插图)电镜照片。(660 nm, 50 mW/cm2)

(F)在光照、弱酸性环境下的药物释放曲线。

图3纳米药物PTN用于癌症诊疗的研究。

(A)活体荧光成像照片及

(B)脏器荧光成像照片显示PTN可以高效富集肿瘤部位。

(C)免疫荧光标记实验显示:光照后PTN更容易从肿瘤血管中扩散出来。

(D)、(E)利用PTN的光动力+化疗联合治疗对小鼠肿瘤生长的抑制效果最为明显。

  该工作报道了一种多功能荧光纳米药物,将吲哚方酸菁分子分别与环状RGD多肽及抗癌药物喜树碱相偶联,该双亲性分子在水中自组装形成均一稳定的、粒径为90 nm的纳米药物PTN。该纳米药物表现出以下特点:

  (1)光动力性能大大增强。由于吲哚方酸菁染料的聚集,染料分子的系间窜跃率增加,促进了PTN的光动力效应。与单分子相比,PTN的单线态氧量子产率提高了10倍,保证了纳米药物在光动力治疗过程中的功效。

  (2)光照后尺寸可减小。光动力过程产生了大量单线态氧,导致部分吲哚方酸菁分子发生降解,进而导致纳米粒子的解组装。因此,光照会诱发纳米药物的尺寸缩减(由90 nm缩减至10 nm),有利于肿瘤的深层治疗。

  (3)实现多功能癌症诊疗。由于靶向基团RGD的引入,PTN在肿瘤部位富集时间大大延长。利用吲哚方酸菁的近红外荧光特性,PTN实现了对肿瘤的活体成像。最终,该纳米药物实现了光动力-化疗联合疗法并有效抑制肿瘤的生长。

该研究的最大意义在于:通过分子的自组装-解组装过程,该自组装纳米药物实现了 “聚集增强光动力”及光照尺寸缩减效应。该研究为制备多功能诊疗纳米材料提供了新思路。

  文章信息:

  Chendong Ji, Qin Gao, Xinghua Dong, Wenyan Yin*, Zhanjun Gu, Zhihua Gan, Yuliang Zhao, and Meizhen Yin*, A Size-Reducible Nanodrug with Aggregation-Enhanced Photodynamic Effect for Deep Chemo-Photodynamic Therapy, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201807602.

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201807602

 
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