铁基纳米粒子硅酸盐型多孔结构的构筑及其在化学动力治疗中的协同效应

Based on intratumoral specific Fenton-like reaction of iron-based nanoparticles, chemodynamic therapy can effectively avoid the toxic side effects of traditional chemotherapy drugs. However, the intratumoral Fenton-like reaction efficiency of iron-based nanoparticles is not high enough. The construction of porous structures and use of external energy fields (light, ultrasound, etc.) or adjuvants (photosensitizers, bio-enzymes, etc.) are effective means to increase their catalytic efficiency. This project proposes a one-step in-situ growth synthetic method for multi-metallic silicates, aiming to build iron-based nanoparticles themselves into porous metal silicate structures, providing a large number of uniformly distributed iron ion active sites, and in-situ introduction of non-ferrous metal ions that have a synergistic effect on Fenton-like reactions, which could improve the efficiency of intratumoral Fenton-like reaction and enhances tumor suppression without the aid of external energy fields or adjuvants. Conduct systemical studies on the in-situ growth history to elucidate the mechanism of formation of porous structures, and on the influence of pore structure and in-situ introduction of non-ferrous metal ions towards the efficiency of intratumoral Fenton-like reaction to clear structure-activity relationship and synergistic mechanisms. Screen microspheres with good biocompatibility to study tumor suppressor effects. This project is an innovation in the structural design of iron-based nanoparticles and would provide a theoretical basis for exploring iron materials with highly efficient tumor suppression.

基于铁基纳米粒子瘤内特异性类Fenton催化反应的化学动力治疗技术，能有效避免传统化疗药物的毒副作用。然而，铁基纳米粒子存在着类Fenton反应效率不够高的问题。构筑多孔结构、借助外源能量场（光、超声等）或辅助剂（光敏剂、生物酶等）是提高其催化效率的有效手段。本项目提出多金属硅酸盐原位生长一步合成法，旨在将铁基纳米粒子本身构筑成硅酸盐多孔结构，提供大量且暴露的铁离子活性位点，同时原位引入具有类Fenton途径的非铁金属离子，不依赖于外源能量场或辅助剂，实现协同增效瘤内类Fenton反应，增强肿瘤抑制。系统研究多金属硅酸盐的原位生长历程，阐明多孔结构形成机制；研究孔结构、非铁金属离子的原位引入对模拟肿瘤微环境下类Fenton反应效率的影响，阐明协同增效机制；筛选具有良好生物相容性的材料，研究其肿瘤抑制效果。本项目是对铁基纳米粒子结构设计方面的创新，为探索高效肿瘤抑制的铁材料提供理论依据。

基于纳米粒子内源性的特异性原位Fenton催化反应的化学动力治疗技术，能有效避免放/化疗毒副作用，且不依赖于外源能量场，克服了外源能量利用率低及组织穿透深度限制等瓶颈问题，是一种极具潜力的癌症治疗新技术。本项目以探索高效化学动力治疗材料为目标，合成了一系列单/多金属硅酸盐微球/纳米片、双金属过氧化物纳米粒子及其复合材料，对其肿瘤诊疗及抑菌性能进行了探索研究。主要研究内容包括：.（1）在较低温度水热条件下，一步合成出一系列单/多金属硅酸盐微球（硅酸铁、硅酸锰和硅酸锰铁）及二维层状硅酸铁纳米片，确立了合成工艺对微球孔结构、形貌的影响关系，研究了材料结构与其类Fenton反应效率的关系，利用硅酸盐固有的离子交换作用提高了高钾浓度下的类芬顿反应效率和对荷瘤鼠肿瘤的抑制。.（2）设计了一种“三维-二维转变”策略，在常温常压水相中一步合成出一系列二维金属硅酸盐纳米片（硅酸锰、硅酸铁等），阐明了金属硅酸盐形貌转变机制（三维颗粒结构——二维纳米片结构）。利用层状硅酸锰纳米片固有的离子交换作用实现了对荷瘤鼠肿瘤高对比度T1加权磁共振造影，有助于解决常规造影剂“始终显示”及较差降解导致的高背景信噪和难以清除的问题。.（3）在常温常压水相中合成了一类新颖的化学性质稳定的双金属过氧化物纳米粒子，其表现出一种较高pH激活、双氧水自供给和金属协同增强的超灵敏化学动力治疗效果，对荷瘤鼠肿瘤抑制显著，有望解决常规纳米粒子内源催化效率普遍受限于肿瘤部位微弱酸度和较低过氧化氢浓度水平的问题。.（4）将上述具有优异催化性能的纳米粒子与水凝胶复合，制备了一类较高pH范围响应、形貌可转变、可原位形成的有机/无机复合凝胶喷雾，明确了金属硅酸盐形貌依赖性的抑菌机制，获得了使用周期长、抑菌效果好的可适用不规则创口的化学动力抑菌涂敷材料，有望解决常规抑菌纳米粒子所面临的低pH依赖、应用需要棉布/创可贴辅助的问题。