基于光学成像技术的石墨烯-金属复合物在肿瘤化疗联合近红外光热疗法中的应用研究

Chemotherapy is a major therapeutic approach for the treatment of a wide variety of cancers. However, undesired side effects due to the nonspecific delivery of chemotherapeutic agents and drug resistance limit the further development of chemotherapy. Combined treatments have been developed to overcome the difficulties. Graphene, a novel carbon nanomaterial with ultrahigh surface area, good biocompatibility and excellent optical qualities, displays the potential in targeted drug delivery, optical imaging and near infrared photothermal therapy. We have developed a doxorubicin-loaded PEGylated graphene oxide for combined chemotherapy and photothermal therapy which demonstrated a synergistic effect. Herein, we will fabricate graphene-metal nanoparticle hybrids for enhanced chemo-photothermal therapy with lower toxicity. The treatment and mechanism will be investigated in vitro and in vivo using modern optical technologies (such as confocal laser scanning microscopy, Raman spectroscopy, optical coherence tomography and flow cytometry), together with biochemical methods. This research will help solve the problems of the traditional cancer treatments, providing a new idea for the treatment of cancer. The application of optical imaging techniques in graphene-based tumor studying will open up new possibility in integrated cancer imaging, diagnosis and therapy.

传统的肿瘤化疗存在非特异性、毒副作用大及易产生耐药性等缺点。多种肿瘤治疗手段联合作用是解决肿瘤耐药性的一个手段。石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有超高的比表面积、良好的生物相容性及优异的光学性质等优点，在药物靶向运送、光学成像及肿瘤的近红外(NIR)光热治疗中具有很大潜力。本项目在前期研究首次证明基于石墨烯的肿瘤化疗与NIR光热治疗间存在着协同效应的基础上，提出构建具有靶向能力和高效光热能力的石墨烯-金属复合物，以期获得疗效更好、毒副作用更低的肿瘤药物与NIR光热联合疗法。利用共聚焦激光扫描显微成像、显微拉曼成像、光学相干层析成像及流式细胞仪等多种光学手段对肿瘤进行成像、分析，同时结合传统的生物化学检测方法，从体内及体外两个层面上阐述应用效果及其分子机制。该研究将有助于解决传统癌症治疗方法的缺点，为癌症的治疗研究提供新思路。结合光学成像技术亦有助于建立肿瘤诊断、治疗及疗效评估为一体的体系。

传统的肿瘤化疗存在非特异性、毒副作用大及亦产生耐药性等缺点。多种肿瘤治疗手段联合作用是解决肿瘤耐药性的一个手段。石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有超高的比表面积、良好的生物相容性及优秀的光学性质等优点，在药物地靶向运送、光学成像以及肿瘤的近红外(NIR)光热治疗中具有很大潜力。本项目在前期研究中首次证明基于石墨烯的肿瘤化疗与NIR光热治疗间存在着协同效应的基础上，构建了多种石墨烯-金属纳米复合物，探索了其光学生物成像能力及其与细胞相互作用机制，并结合复合材料的多种性质实现了对肿瘤的高效化疗联合NIR光热治疗。主要的研究内容有：叶酸修饰的氧化石墨烯（FA-GO）在靶向肿瘤化疗联合NIR光热治疗中的应用研究；氧化还原反应响应的生物可降解石墨烯载药体系的构建及其在肿瘤光化疗中的应用；双重靶向的石墨烯复合体系对脑瘤的化疗联合NIR光热治疗研究；采用静电吸附法和原位合成法构建了多种石墨烯-金属纳米复合材料，并探索了其光学特性；石墨烯-银纳米结构作为拉曼探针用于细胞的SERS成像；细胞内合成石墨烯与金的杂合结构用于肿瘤细胞的SERS检测与成像；石墨烯量子点的细胞荧光成像应用及其细胞作用机制探索；石墨烯复合材料的跨膜机制和细胞内定位研究；以石墨烯-金纳米复合材料为多模式诊疗平台的制备及其在SERS实时成像与肿瘤化疗联合NIR光热治疗研究；等。该研究将有助于解决传统癌症治疗方法的缺点，为癌症的治疗研究提供新思路。结合光学成像技术亦有助于建立肿瘤诊断、治疗及疗效评估为一体的体系。