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【科研动态】生命学院杨祥良教授、胡军副教授课题组在深部肿瘤光动力治疗领域取得新进展
时间:2019-10-18 浏览次数:

 (通讯员 胡军)10月8日,美国化学会旗下纳米领域权威期刊《纳米快报》(Nano Letters, IF=12.3)刊发了华中科技大学生命科学与技术学院、国家纳米药物工程技术研究中心杨祥良教授、胡军副教授课题组题为《X射线响应的光敏剂—NaCeF4:Gd,Tb纳米闪烁晶体用于成像引导的肿瘤光动力联合放疗》(“NaCeF4:Gd,Tb Scintillator as an X-ray Responsive Photosensitizer for Multimodal Imaging-Guided Synchronous Radio/Radiodynamic Therapy”)的研究论文。

  光动力疗法作为一种微创性的肿瘤治疗手段,近几年来被广泛应用于临床。光动力治疗是指将光敏剂注入机体,使其通过主动或被动靶向聚集在肿瘤组织,然后采用一定波长的光照射肿瘤部位,光敏剂受激发后通过能量或电子转移产生活性氧,从而诱导肿瘤细胞凋亡,摧毁肿瘤组织。相比于化疗等肿瘤治疗方法,光动力治疗具有其独特的优势,如选择性高、不会产生耐药性、系统毒副作用低等。然而,传统的光敏剂最佳激发波长往往在紫外可见光区,该波段的光在组织中的穿透深度十分有限,因此无法适用于深部肿瘤治疗。

  闪烁晶体是一种可被X射线激发产生荧光的材料,在临床放射显影领域被广泛使用。前期工作中,我们制备了高发光性能的纳米闪烁晶体颗粒,并通过共载或化学偶联构建了纳米闪烁晶体—光敏剂复合物(Small, 2015; ACS Applied Materials & Interfaces, 2015; Chemical Communications, 2015),利用二者之间的荧光共振能量转移(FRET),实现X射线激发下的光动力治疗。但繁琐的制备过程以及FRET效率依赖的光敏化过程限制了肿瘤治疗效果。

  该研究制备了一种粒径均一的棒状结构NaCeF4:Gd,Tb纳米闪烁晶体,该材料不仅具有优异的X射线激发荧光(XEF)成像、CT成像及MRI成像能力,其本身还可以作为一种X射线响应的光敏剂。通过化学显色以及电子自旋共振(ESR)法均证实,在一定剂量的X射线激发下,NaCeF4:Gd,Tb纳米闪烁晶体能产生大量的超氧阴离子(•O2-)和羟基自由基(•OH),该发现尚属首次。为了进一步阐明其X射线敏化机制,通过制备一系列对照材料,发现Ce3+和Tb3+在其中扮演着非常重要的角色:在X射线辐照下产生大量不同能量的次级电子,Ce3+吸收部分电子能量到达激发态,受激后的Ce3+一方面会将能量传递给邻近的Tb3+使其被激发,另一方面由于稀土离子较长的激发态寿命,Ce3+和Tb3+激发态电子会进一步吸收其它次级电子的能量到达导带,氧气捕获导带电子产生超氧阴离子,价带空穴与H2O相互作用产生羟基自由基。同时,由于NaCeF4:Gd,Tb纳米闪烁晶体较强的X射线阻挡能力,可以增强局部放射剂量,从而实现光动力治疗与放疗增敏的协同。细胞实验和动物实验均证实,NaCeF4:Gd,Tb纳米闪烁晶体具有较强的细胞杀伤能力、多模态成像能力和抑制肿瘤生长能力。该研究为深部肿瘤光动力治疗提供了新思路。


  华中科技大学生命学院杨祥良教授、胡军副教授及苏州大学程亮教授为本论文的共同通讯作者,华中科技大学生命学院博士生仲晓燕为该论文第一作者。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b03682