正交双通道荧光上转换纳米材料用于一氧化氮可控输运与程序化光动力治疗

In this proposal, a novel NIR-responsive nano-sized photosensitizer for the controllable nitric oxide (NO) release and photodynamic therapy (PDT) is studied, as well as the sequential synergistic effect in cancer therapy. Using a novel orthogonal dual-channel upconversion nanomaterials, independent generation of NO and reactive oxygen species (ROS) by adjusting excitation wavelength was expected. Since NO is a gaseous biological mediator with important roles in kinds of physiological and pathological processes, the application of NO in PDT would improve the therapeutic efficacy. Next, by utilizing the orthogonal dual excitations-emissions upconversion nanoparticles, the sequential manner related anti-tumor efficacy is investigated in vitro and in vivo, and the synergistic mechanism is further revealed. The research will provide a new ideas for design and fabrication of new nanocomposite photosensitizers applying in cancer therapy.

本申请以提高光动力治疗效果为目标，借助正交化双通道荧光上转换纳米材料为平台，设计制备具有双波长响应能力的纳米复合光敏剂，利用外界不同波长的激发光源控制产生不同的活性物质，实现相互独立的一氧化氮的可控释放和光动力治疗过程；结合一氧化氮独特的生理学效应，改善肿瘤内部的乏氧环境，增加细胞内活性物质的产量，提高光动力治疗的效果；借助上转换纳米材料的光控特性，通过不同方式将一氧化氮和光动力治疗联用，在体外和活体层次探讨和评估先后顺序和时间间隔对抗肿瘤效果的影响，并阐述解释相关作用机制，为新型纳米复合光敏剂的研发和应用提供新的思路。

依照项目计划书，本课题研究工作围绕一氧化氮在光动力治疗中的生物学效应问题，构建了具有正交双通道荧光特性的多层核壳结构上转换纳米颗粒。通过不同激发光源调控一氧化氮和单线态氧的释放时间，实现相互独立的一氧化氮的可控释放和光动力治疗过程。首先，我们开发了一种自动化高通量合成多层核壳结构上转换纳米材料的方法，实现了多层核壳结构上转换纳米颗粒的大规模、高质量合成，具有一定的转化应用前景。随后，我们将其用于一氧化氮控释和光动力治疗中，研究一氧化氮和光动力治疗之间的顺序与间隔对治疗效果的影响，发现一氧化氮先于光动力治疗会有更好的效果。然后，我们对其机理进行探索，发现一氧化氮是通过谷胱甘肽通路和改善肿瘤乏氧两个方面提高光动力治疗的效果。最后，我们评价了不同给药途径下上转换纳米材料的生物安全性。本项目发表SCI论文3篇，申请专利1项。项目负责人多次参与学术会议与同行交流，晋升高级职称并获得省部级人才奖励。本课题完成任务书中的各项任务，实现了预期的目标。