高效纳米闪烁体探针用于脑胶质瘤的深层次高灵敏成像诊断与靶向微创治疗

Glioma is a kind of malignant brain tumor with invasive growth property. It is difficult to distinguish normal brain tissue from tumor tissue, so the diagnosis and treatment effect are not good. Compared with traditional diagnosis and treatment methods, fluorescence imaging and photodynamic therapy are specificity and non-invasiveness, which have attracted much attention in clinical application and research. However, the current excitation light source of fluorescent probes and photosensitizers between the ultraviolet and near-infrared region has a weak penetrating ability, which leads to strong background signal and poor imaging ability of deep tissue in the fluorescence imaging process. In addition, craniotomy is required in the photodynamic treatment and it is difficult to kill the deep tissue glioma. The soft X-ray has good penetrating ability and can avoid self-fluorescence. Therefore, this project intends to use the advantages of the soft X-ray to design and prepare a kind of high-efficiency scintillator nanoprobe, and at the same time modifying photosensitizer and brain-targeted peptide on its surface to build a new type of nanotheranostics. Under the soft X-ray excitation, the WO42- group in the nanotheranostics can not only effectively absorb soft X-ray and can transfer part of it to Nd to emit NIR-II fluorescence, so as to realize deep and highly sensitive fluorescence imaging, but also activate photosensitizer to produce ROS, so as to achieve targeted minimally invasive treatment. Therefore, this study is expected to play an important role in the efficient diagnosis and treatment of glioma.

脑胶质瘤是一种呈浸润性生长的恶性脑肿瘤，由于难以区分正常脑组织和肿瘤组织，因此诊疗效果不佳。与传统诊疗技术相比，荧光成像与光动力治疗具有很强的特异性及非侵入性，在临床应用及研究中备受关注。然而由于当前荧光探针与光敏剂的激发光源在紫外至近红外区，其穿透能力弱，因此导致荧光成像中背景信号强及深层组织成像能力差，同时还造成光动力治疗中需要开颅手术且难以杀灭深层脑胶质瘤。软X射线具有很强的穿透能力，同时能够避免产生自体荧光。本项目拟利用软X射线的优点，基于WO42-敏化增强发光机理制备一种高效纳米闪烁体探针，同时在其表面修饰光敏剂及脑靶向肽，构建一种新型诊疗一体化纳米载体。在软X射线激发下，该载体中的WO42-可以有效吸收软X射线并将能量一部分转移给Nd发射近红外二区荧光，实现深层次高灵敏荧光成像，另一部分还可以激活光敏剂产生ROS实现靶向微创治疗。本研究有望在脑胶质瘤的高效诊疗中发挥重要作用。

项目背景：脑胶质瘤是一种呈浸润性生长的恶性脑肿瘤，由于难以区分正常脑组织和肿瘤组织，因此诊疗效果不佳。本项目利用软X射线的优点，制备一种高效纳米闪烁体探针，构建一种新型诊疗一体化纳米载体，有望在脑胶质瘤的高效诊疗中发挥重要作用。.主要研究内容：1、制备高效纳米闪烁体探针及优化提高发光效率。2、基于高效纳米闪烁体探针构建诊疗一体化纳米载体。3、诊疗一体化纳米载体在脑胶质瘤高效诊疗中的应用。.重要结果：本项目进展良好。在项目的资助下，本项目组围绕开发新型诊疗一体化纳米载体和新型纳米材料在生物医学应用的目标，取得了一系列进展。以第一作者发表了SCI论文2篇。1、合成了一种高效的纳米闪烁体。该闪烁体合成方式简单、快捷且可在室温下合成，同时具有很高的X射线激发发光效率、良好的生物相容性、低毒性、且稳定性很好，最重要的是该材料具有很高的血脑屏障穿透效率。目前已经加紧研究该闪烁体用于脑胶质瘤诊疗的动物活体实验。同时已经撰写了一个这种新型闪烁体的专利，目前处于专利申请阶段。2、在新型二维纳米材料用于抗菌应用取得进展。研制新型非抗生素的抗菌物质具有重要意义。我们成功制备了一种黑磷纳米片，并研究它们作为纳米抗菌剂的潜力。研究成果发表在Wiley的PARTICLE& PARTICLE SYSTEMS CHARACTERIZATION. 2020, 37, 2000169上。3、在超薄硼纳米片用于光声成像引导的肿瘤光热治疗研究取得进展：研制低毒且高效的纳米光热试剂具有重要的研究意义和价值。我们合成了一种超小硼量子点。研究成果发表在美国化学会的ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 306−311上。.关键数据及其科学意义：成功制备了NaGd(WO4)2:Nd@HB@Angiopep2闪烁体探针。通过测试发现其X射线发光效率高达70%，能够在X射线激发下产生波长位于1064 nm的NIR-II荧光和单线态氧。同时其血脑屏障穿透效率高达15%且细胞的生物毒性极低，目前正在进行动物活体实验阶段。这些结果表明该诊疗一体化纳米载体在脑胶质瘤诊疗领域具有深入研究的可能性及良好的应用前景。