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生命學院楊祥良教授胡軍副教授課題組在深部腫瘤光動力治療領域取得進

2019-10-22

    10月8日,美國化學會旗下納米領域權威期刊《納米快報》(Nano Letters, IF=12.3)刊發了華中科技大學生命科學與技術學院、國家納米藥物工程技術研究中心楊祥良教授、胡軍副教授課題組題為《X射線響應的光敏劑—NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體用于成像引導的腫瘤光動力聯合放療》(“NaCeF4:Gd,Tb Scintillator asan X-ray Responsive Photosensitizer for Multimodal Imaging-Guided Synchronous Radio/Radiodynamic Therapy”)的研究論文。

    光動力療法作為一種微創性的腫瘤治療手段,近幾年來被廣泛應用于臨床。光動力治療是指將光敏劑注入機體,使其通過主動或被動靶向聚集在腫瘤組織,然后采用一定波長的光照射腫瘤部位,光敏劑受激發后通過能量或電子轉移產生活性氧,從而誘導腫瘤細胞凋亡,摧毀腫瘤組織。相比于化療等腫瘤治療方法,光動力治療具有其獨特的優勢,如選擇性高、不會產生耐藥性、系統毒副作用低等。然而,傳統的光敏劑最佳激發波長往往在紫外可見光區,該波段的光在組織中的穿透深度十分有限,因此無法適用于深部腫瘤治療。

    閃爍晶體是一種可被X射線激發產生熒光的材料,在臨床放射顯影領域被廣泛使用。前期工作中,我們制備了高發光性能的納米閃爍晶體顆粒,并通過共載或化學偶聯構建了納米閃爍晶體—光敏劑復合物(Small, 2015; ACS Applied Materials & Interfaces, 2015; Chemical Communications, 2015),利用二者之間的熒光共振能量轉移(FRET),實現X射線激發下的光動力治療。但繁瑣的制備過程以及FRET效率依賴的光敏化過程限制了腫瘤治療效果。

    該研究制備了一種粒徑均一的棒狀結構NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體,該材料不僅具有優異的X射線激發熒光(XEF)成像、CT成像及MRI成像能力,其本身還可以作為一種X射線響應的光敏劑。通過化學顯色以及電子自旋共振(ESR)法均證實,在一定劑量的X射線激發下,NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體能產生大量的超氧陰離子(•O2-)和羥基自由基(•OH),該發現尚屬首次。為了進一步闡明其X射線敏化機制,通過制備一系列對照材料,發現Ce3+和Tb3+在其中扮演著非常重要的角色:在X射線輻照下產生大量不同能量的次級電子,Ce3+吸收部分電子能量到達激發態,受激后的Ce3+一方面會將能量傳遞給鄰近的Tb3+使其被激發,另一方面由于稀土離子較長的激發態壽命,Ce3+和Tb3+激發態電子會進一步吸收其它次級電子的能量到達導帶,氧氣捕獲導帶電子產生超氧陰離子,價帶空穴與H2O相互作用產生羥基自由基。同時,由于NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體較強的X射線阻擋能力,可以增強局部放射劑量,從而實現光動力治療與放療增敏的協同。細胞實驗和動物實驗均證實,NaCeF4:Gd,Tb納米閃爍晶體具有較強的細胞殺傷能力、多模態成像能力和抑制腫瘤生長能力。該研究為深部腫瘤光動力治療提供了新思路。



    華中科技大學生命學院楊祥良教授、胡軍副教授及蘇州大學程亮教授為本論文的共同通訊作者,華中科技大學生命學院博士生仲曉燕為該論文第一作者。該工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金等項目的資助。

    論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b03682

來源:華中科技大學 新聞網

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