H2O2-激活的半导体纳米粒子用于成像分析介导的光热和光动力治疗癌症

An effective cancer diagnosis analysis and treatment has become an urgent problem in contemporary society. In recent years, photothermal therapy/photodynamic therapy (PTT/PDT) dual-mode combination therapy due to its minimal invasiveness, targeted and high efficiency, plays an important role in the treatment of cancer. But most PTT/PDT combination therapy need to use two reagents and two light sources, and the limited penetration of visible light also further limit the scope of tumor therapy, which make treatment difficulty of PTT/PDT. Although semiconductor nanomaterials completed simultaneously PTT and PDT treatment, its low photosensitivity reduce treatment efficiency. In this project, based on PTT, PDT and photoacoustic imaging characteristics of copper sulfide and selectivity of gelatin protein, we prepared gelatin protein wrapping catalase/copper sulfide nanocomposites, and achieve the photoacoustic imaging–guided PTT/PDT accurate therapy, reducing side effects of treatment. And near-infrared laser is used to expand the depth of the combination therapy. More importantly, catalase catalyzed the decomposition of H2O2 in tumor cells, and indirectly increase 1O2 concentration, which improve greatly the efficiency of PDT treatment. This project provides new analytical methods and means for tumor analysis and therapy, and has some significance for nanomedical field.

实现癌症的有效诊断分析和治疗已成为当代社会迫切需要解决的问题。近年来，光热/光动力（PTT/PDT）联合治疗由于具有侵入性小、针对性强、疗效高等优点在癌症治疗中发挥着重要作用。但大多PTT/PDT治疗需要两种试剂和两种光源，同时可见光的有限穿透性限制了癌症治疗的范围，使PTT/PDT治疗难推广。半导体纳米材料虽然实现了PTT和PDT的同时治疗，但是其低的光敏活性导致治疗效率较低。本项目基于硫化铜兼具PTT、PDT及光声成像的特性，利用对肿瘤有选择性的明胶蛋白制备了明胶蛋白包裹的过氧化氢酶/硫化铜纳米复合物，从而实现光声成像介导下的PTT/PDT的精准治疗，有效降低治疗副作用。并且所使用的近红外激光扩大了此结合治疗的深度。更重要的是Catalase可分解肿瘤细胞内的H2O2，间接提高1O2浓度，从而极大提高PDT治疗效率。本项目为肿瘤的分析治疗提供新的分析方法和手段，对纳米医学具有一定意义。

随着科技的发展，越来越多的疾病已被人类征服，但恶性肿瘤的发病率和死亡率仍居高不下，成为居民首要致死病因，严重威胁着人类的生命与健康。因此，人们期待通过发展新的治疗手段来提升恶性肿瘤的治愈率。近年来，纳米技术和纳米材料的高速发展对纳米医学产生了深远的影响。众所周知，纳米材料具有与生物分子大小相匹配的尺寸，能够便利地在人体环境中运输，为有效的检测和治疗癌症提供了新的契机。尽管目前已发现诸多纳米材料在肿瘤治疗上的潜力，但是仍然面临效率低，制备复杂及生物相容性差等问题。为了解决这个问题，需要开发新的多功能纳米材料用于诊疗体系。本项目针对目前肿瘤治疗效率低，设计了几种多功能抗肿瘤体系：利用生物分子作为剥离剂或自组装，制备了一系列的半导体纳米材料，基于半导体材料独特的光学性质和优异的性能，成功实现光热/光动力协同治疗肿瘤；基于二维材料大的比表面积，成功将化疗药物和光热试剂同时负载在其表面，实现化学/光热协同治疗肿瘤；基于纳米材料的催化效应，调控肿瘤微环境，实现增氧光动力及化学/光动力/光热协同治疗肿瘤。我们的研究为肿瘤治疗开辟了新的思路。在此项目的资助下，我们已在J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater., Small, Nanoscale等国际著名期刊发表SCI论文9篇，平均影响因子7.215，申请国内发明专利2项，授权2项。培养博士研究生4名，硕士研究生3名。