自供氧X射线激发纳米复合体的构建及用于深层肿瘤光动力治疗研究

X-ray stimulated photodynamic therapy (PDT) is a great concept in oncological treatment especially in deep-seated tumor PDT. However, there are still challenges to be overcome, including rigorous preparation requirement of X-ray excited materials, difficult to directly excite the photosensitizer and X-ray side effects. In this proposal, we focus attention on deep-seated tumor PDT application. First, we will develop new methods to obtain monodispersed and easy to be modified nanoparticles with X-ray excited luminescence, and then we will select and develop photosensitizer molecules with energy level matching to build efficient energy transfer system. Additionally, we will construct nano-assembly materials with low toxicity for deep-seated tumor PDT to achieve multi-functional integration and synergistic effect through bonded/non-bonded interaction. Finally, we will investigate the relationship between molecular structures, surface groups, micro structure and their assembled morphologies systematically, exploring the synergistic effect complementary advantages, and evaluating the biomedical applications biocompatibility of as-synthetic nanocomposites. The selected optimized nanocomposites will be applied in deep-seated tumor PDT, which will promote the progress of X-ray stimulated PDT for deep-seated tumors in oncology.

X射线激发的光动力治疗在深层肿瘤光动力治疗中具有独特的优势，但目前X射线激发材料制备困难、X射线难以直接激发光敏剂以及X射线的毒副作用问题限制其应用。本项目拟以深层肿瘤光动力治疗应用为导向，围绕单分散性、易修饰以及高发光效率的X射线激发纳米材料的制备，能级匹配的光敏剂分子的开发来构建高效能量传递体系。利用键合或非键合作用可控组装，同时利用自供氧体系集成和纳米组装体的主被动靶向作用，实现多功能集成和协同增益，以期开发出高效、低毒副作用的可用于深层肿瘤光动力治疗的纳米复合组装体。系统研究其光物理性质、体内外光动力治疗效果以及材料分子结构、表面基团、微观形貌与可控组装行为的的内在联系，深入探索光以及复合材料与组织的相互作用机制以及协同效果，初步构建针对该深层光动力治疗材料的生物医学评价体系，为光动力疗法的推广与应用提供技术支持。

光动力治疗由于具有高区域选择性、低毒副作用和非侵入性等优点而受到广泛关注，但由于受到激发光穿透深度的局限，其治疗范围集中在浅表或人体腔道周围组织的肿瘤，在深层肿瘤治疗应用还很少。X射线激发的光动力治疗在深层肿瘤治疗中具有独特的优势，但目前X射线激发材料制备困难、X射线难以直接激发光敏剂以及高剂量X射线的毒副作用问题限制其应用。本项目以深层肿瘤光动力治疗应用为导向，主要开发了一系列可用于深层肿瘤治疗的体系，包括近红外激发光动力/光热联合治疗体系，近红外激发自供氧可降解体系，近红外刺激产生对氧气无依赖性的自由基体系（Ⅰ型光动力治疗体系），近红外激发按需供氧型光动力/光热联合治疗体系，基于Bi掺杂的X射线激发的I型光动力体系，X射线激发光动力/化动力协同治疗的铪基MOF体系，X射线激发多模成像指导的X射线激发光动力治疗体系，X射线激发放疗增敏体系等。从载体材料优化、功能模块选择、优化与集成、新型功能性闪烁体材料制备方法的开发以及性能优化方面都取得了很好的进展，项目贯穿材料设计、性能测试与反馈、光物理性质研究、结构与性能的构效关系理论研究等。研究成果包括开发了一系列低成本、高光产额和环境稳定的闪烁体材料的制备方法，构建了高效的能量传递型X射线激发光动力治疗系统，获得了一系列多功能集成的纳米诊疗平台，一定程度上解决了本项目申请时所提出的三个科学问题，所得到的一系列成像指导的多合一诊疗平台在近红外光和 X 射线照射下显著的肿瘤生长抑制效果，在深部肿瘤多模式图像引导治疗领域展现出巨大的潜力。相关成果发表在Small Method, ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Bio Materials以及 Journal of Colloid and Interface Science等国际著名期刊发表6篇，其中一作文章5篇，以第一发明人申请专利13件，已授权专利6件。截至到目前，该项目还有几项重要的研究成果正在整理待发表，为进一步深入研究X射线激发闪烁体的发光机理、开发低成本和高光产X射线激发闪烁体、低剂量和高分辨率X射线诊断成像系统以及高效深层肿瘤治疗体系打下坚实的基础。