基于生物可降解介孔有机硅的肿瘤声动力学治疗研究

Photodynamic therapy suffers from the critical issue of low tissue-penetration depth, which restricts its application only in the therapy of superficial tumor. Sonodynamic therapy is featured with high tissue-penetration depth, but the sonosensitizer has the drawbacks of low bioavailability, stability and tumor-accumulation efficiency. We have conducted the systematic researches on mesoporous silica/organosilica nanoparticles to improve the drug-delivery performance. This project will design and synthesize biodegradable organic/inorganic hybrid hollow mesoporous organosilica nanoparticles (HMONs), and explore their applications in enhancing the efficiency of sonodynamic therapy against tumor. The composition and microstructure of HMONs will be controlled, and their structure parameters will be optimized. The relationship of nanostructure-composition-enhancing the sonodynamic performance will be investigated. The assessment strategy towards the biodegradability of organic/inorganic hybrid mesoporous organosilica nanoparticles will be established, and the mechanism and optimization strategy of HMONs’ biodegradation will be clarified. We will propose the theory of optimizing the biodegradation of silica-based nanobiomaterials by the precise hybridization of organic groups. Based on HMONs, MRI-guided sonodynamic therapy will be realized with targeting and efficient features. This project provides a new strategy to realize the efficiency and biosafety issues of tumor sonodynamic therapy based on nano-biotechnology, and finally establish a new high-efficient protocol for tumor therapy.

光动力学治疗肿瘤存在光的组织穿透深度不够、只局限于浅表性肿瘤治疗的缺陷。声动力治疗具有高的组织穿透深度，但存在声敏剂生物利用度低、稳定性差且肿瘤靶向富集量低的难题。前期基于介孔氧化硅/有机硅载体材料开展了系统研究工作，提高药物肿瘤靶向输运能力。本项目将开展生物可降解有机/无机杂化空心介孔有机硅纳米药物载体材料（HMONs）的设计、制备和在提高肿瘤声动力学治疗效果中的研究。调控HMONs的微观组成和结构，筛选最佳结构参数，考察纳米结构-组成-增强声动力性能之间的关系。建立有机/无机杂化介孔有机硅降解性的评价方法。阐明HMONs降解性的机制和优化途径，建立利用有机官能团杂化精细调控氧化硅基纳米生物材料降解性的理论。基于HMONs实现MRI精确导航下肿瘤的靶向、高效声动力治疗。本项目将从利用纳米生物技术提高肿瘤声动力学治疗的高效性和安全性这个新视点，为肿瘤的高效治疗提供新的思路。

声动力治疗作为新型肿瘤无创治疗新方法具有重要的临床应用前景。相比于传统的光动力治疗，其具有更好的组织穿透深度。开发新型的声敏剂可以有效推动声动力肿瘤治疗的临床转化和应用。本项目基于纳米生物技术，采用有机/无机杂化的介孔有机硅纳米颗粒作为声敏剂的载体，有效提高传统有机声敏剂分子的生物利用度和靶向效率。本项目的研究内容主要包括设计和制备肿瘤微环境响应和核磁共振成像导航下的介孔有机硅基纳米声敏剂，并成功应用于肿瘤的高效声动力治疗；基于介孔有机硅基纳米声敏剂的原理，开发多种新型有机和无机纳米声敏剂，用于肿瘤的高效声动力治疗，并进一步开发基于纳米声动力治疗的协同治疗策略，进一步提高治疗效果和降低毒副作用；基于介孔有机硅基纳米声敏剂在外界超声激发下进行肿瘤治疗的原理和策略，提出新型“纳米催化医学”的创新理念，用于肿瘤的高效和安全治疗。在本项目的支持下，基于声化学、材料化学和生物化学的相关原理和机制，项目团队提出优化纳米肿瘤声动力治疗的三个途径，包括基于有机/无机杂化、生物可降解介孔有机硅纳米颗粒靶向输运有机声敏剂分子提高药效和输运效率、改善半导体TiO2基无机声敏剂的缺陷结构或提高其导电性提高声动力引发的电子/空穴分离效率、以及基于MnOx改善肿瘤乏氧微环境提高活性氧的产量和声动力的效率，为低强度超声激发的声动力治疗提供了理论基础和实验依据。建立和完善有机/无机杂化介孔有机硅声敏剂降解性的评价方法，为后续改善和优化无机材料的降解性提供实验依据和参考；开发造影剂和声敏剂在纳米药物载体中的共负载技术，为今后其它多种药物或造影剂的共负载以及协同肿瘤治疗新模式的开发提供设计思路和技术支持。本项目为基于纳米生物技术的新型纳米声敏剂的研发提供了新的策略，其开发的多种纳米声敏剂具有重要的临床转化应用前景。