三线态-三线态湮灭的上转换发光触发的光控靶向和光动力学治疗的纳米体系

Cancer diagnosis and treatment is still one of the major challenges facing the world now. Upconversion luminescence nanomaterials have attracted great attention, showing the absence of autofluorescence from biological samples and deeper penatration depth in vivo. Based on the applicant previous research of upconversion nanomaterials for bioimaigng application, we design the nanosystem of NIR-excitation upconversion luminescence photo-targeting and treatment, including three elements, constructing NIR-excitation upconversion luminescence nanomaterials based on triplet-triplet annihilation; conjugating the photo-targeting groups on the surface of upconversion luminescence nanomaterials, and the energy will be transferred to the photo-targeting group from upconversion system for upconversion luminescence photo-targeting of tumor tissue; the nanomaterials will be enriched in the tumor tissue due to the targeting-induced endocytosis, the sensitizer for upconversion luminescence will be further used for photo-dynamic therapy of tumor. It is believable that the project will offer excellent nanosystem with high specificity, high sensitivity, and photo-dynamic therapy, and provide a scientific basis for the cancer diagnosis and treatment.

肿瘤的诊断和治疗仍是当今世界所面临的重大难题之一。上转换发光纳米材料由于其能够有效的消除背景荧光的干扰，增加在活体中的穿透深度等特点近年来备受关注。本项目基于申请者关于上转换发光纳米材料在生物成像领域的研究，设计近红外激发的上转换发光光控的肿瘤靶向及治疗的纳米体系，主要包括三个方面，首先是具有近红外激发的基于三线态-三线态湮灭的上转换发光纳米材料的构建；而后将具有光控靶向的基团通过共价偶联至纳米材料的表面，通过能量传递的方式将上转换发光的能量传递给光控基团，实现上转换发光光控的靶向肿瘤组织；最后，由于靶向介导的内吞，增加此纳米材料在肿瘤组织的富集，用于上转换发光的敏化剂随之被释放出来，可用于肿瘤组织的光动力学治疗。本研究将为肿瘤靶向提供高度特异，高灵敏度，并且同时兼具光动力学治疗效果的探针，为进一步推动肿瘤的诊断和治疗的提供重要的参考。

三线态‒三线态湮灭的上转换发光（TTA-UCL）是另一类有效的上转换过程，其过程是基于有机的敏化剂和受体分子之间的能量传递的过程。基于三线态-三线态湮灭的上转换过程具有较强的可调节性，可以通过改变敏化剂和受体分子的结构来调节激发光和发射的波长范围。但这类发光存在两个主要问题：一是长波长激发和发射的体系光稳定性差，二是易受环境特别是氧猝灭限制了其应用。本项目课题研究针对实际问题开展了系统研究并取得重要进展。一方面通过合理的策略构建了高度光稳定性的三线态‒三线态湮灭的上转换发光纳米体系，解决了目前存在的主要问题，并进一步开展将其应用于生物医学的研究，实现可见光光控的靶向肿瘤的应用。提出还原性策略构建三线态-三线态湮灭上转换发光纳米体系的设计策略，通过引入还原性溶剂或加入还原性物质，构建了具有光稳定性上转换纳米胶囊，解决了三线态-三线态湮灭上转换发光在长波长发光时易于聚集猝灭和受环境影响特别是氧猝灭的问题，为这一类发光体系的构建提供了一种有效和通用的方法。提出一种上转换纳米粒子的修饰策略，利用对整合素αvβ3特异性高表达的特性，通过表面修饰，将生物活性的RGD肽修饰到纳米粒子表面，制备了一种小粒径分散性好的上转换纳米晶，这种纳米晶可以实现对肿瘤细胞的特异性上转换发光的靶向成像。进一步构建了一种新型的纳米诊疗剂，可用于靶向小动物的实体肿瘤，并实现高效的小动物活体光声成像指导的磁热治疗。.科学意义：提出了的三线态-三线态湮灭上转换纳米体系的构建新方法，解决了这类材料的聚集猝灭和氧气猝灭的问题，实现了适合生物条件下适用的上转换体系；构建了靶向成像和治疗的纳米体系。这些研究成果为纳米药物的肿瘤靶向方法开拓了新的思路。.已发表SCI论文3篇，申请发明专利1项。