近红外碳量子点的制备及其在新型抗肿瘤给药系统中的应用

Carbon dots (C-dots) are novel carbon-based nanomaterials; they have significant potential bioapplications due to their superior properties and easy surface functionalization. Most of C-dots reported so far only emit in the blue region, C-dots emitting infra red (NIR) light that could penetrate deep parts of animal body are rather scarce, which has significantly limit their applications for bioimaging and drug delivery. Thus in this project, we are aiming to prepare NIR C-dots using traditional NIR organic dyes that emit NIR light. Also, we will use the NIR C-dots as nanocarriers to construct novel antitumor drug delivery systems: (1) construction of multi-ligand-assisted drug delivery system, in which the anticancer effect of the drugs will be enhanced while the side effects will be decreased due to the specific interactions between the ligands and the specific receptors on the tumor cells; (2) construction of multi-drug delivery system, by delivering multiple drugs simultaneously, the system is expected to combat antidrug resistance of tumors, thus improving the treatment effect. We expect to have prepared C-dots emitting NIR light efficiently and constructed novel antitumor drug delivery systems.

碳量子点是新型的碳基材料，由于其优越的性质和易于功能化修饰的特点，具有非常好的生物应用前景。然而目前大部分的碳量子点只发射蓝光，能发射近红外光（极强的动物机体穿透力）的很少，严重限制了其在医学成像和药物递送方面的应用。针对该问题，本课题以传统近红外有机染料为原料合成在近红外区域发光的碳量子点。并以近红外碳量子点为载体，构建新型的抗肿瘤给药系统：（1）构建多靶头（配体）给药系统，利用多个配体和癌细胞上受体间的特异性作用，增强抗癌药物的靶向性从而减弱其对身体的副作用；（2）构建多药物给药系统，通过同时递送多种不同抗肿瘤药物到癌细胞，削弱癌细胞由于长时间用药之后产生的抗药性，以提高治疗效率。本课题的实施有望提供高效的制备近红外发光碳量子点的方法，并以此为基础开发出高效的抗肿瘤给药系统。通过新型给药系统的构建，有望极大的提高抗癌药物的药效，减少副作用，并实现抗癌药物递送过程在生物体内的时时追踪。

碳点是新型的碳基纳米材料，由于其优越的光学性质和生物相容性，及易于功能化修饰的特点，具有非常好的生物医学应用前景。然而大部分报道的碳点只发射蓝、绿光，能发射近红外光（极强的组织穿透力）的很少，严重限制了碳点在医学成像和药物递送方面的应用。本项目以传统的近红外有机染料吲哚菁绿为碳源，成功实现了在近红外区域（698 nm）发光的碳点制备。此外，以小分子邻苯二胺为碳源，项目还实现了在653 nm 发光的近红外碳点的高效（产率超过 96%）、大量（公斤级）及低成本（每克碳点仅约0.7人民币）制备。项目以吲哚菁绿碳点为基础，成功构建了同时负载有阿霉素和替莫唑胺的双药物给药体系及同时具有转铁蛋白和叶酸修饰的双靶头给药体系。细胞及小鼠模型实验显示，双药物给药体系相较于抗癌药物或单药物给药体系，对癌细胞的杀灭及抑制作用有明显提升。同时，通过添加对癌细胞具有识别作用的靶头后，给药体系对癌细胞的杀灭作用也有提升。但是，同时具有转铁蛋白和叶酸修饰的双靶头给药体系的癌细胞杀灭作用提升却不明显，这有可能是因为靶头之间存在共价或范德华相互作用影响了它们对癌细胞的识别特性。本项目中的研究有望为领域内的相关研究人员以传统有机染料为碳源来合成具备特定发光性质的碳点，以微波-水热并联法高效合成碳点及近红外碳点在生物医学领域的常规化运用提供一定的经验和参考。