复旦大学杨武利教授在磁性纳米粒子的光热治疗方面取得系列进展
光热治疗作为一种新兴的治疗肿瘤的手段受到研究人员广泛的关注。光热治疗的原理是在近红外光的照射下，利用光热转换试剂将吸收的光能转换成大量的热能，使组织的温度升高，从而在局部杀死癌细胞，并且不破坏健康的组织。与传统的磁热疗技术相比，光热治疗具有材料用量少、升温快、治疗时间短的优势，且光的开/关控制简单、精确。由于近红外光(650-900 nm)可较好穿透皮肤，且组织和血液的吸收很少，从而可到达较深的组织部位，同时不伤害正常组织，常用作光热治疗的光源。
Fe3O4纳米粒子生物相容性好、可降解，尺寸易于调控，磁饱和强度较高，广泛用于生物医学领域：美国和欧洲已经批准Fe3O4纳米粒子用于缺铁性贫血的治疗和肿瘤的磁热疗。另一方面，Fe3O4纳米粒子近来作为一种新型的光热试剂受到研究者的关注。复旦大学高分子科学系杨武利教授课题组与药学院沈顺博士、沙先谊副教授合作，近来在磁性纳米粒子的光热治疗研究方面，取得了一系列成果，相继在Biomaterials (2015, 39, 67; 2016, 92, 13), ACS Appl. Mater. Interfaces (2015, 7, 15876), Part. Part. Syst. Charact. (2016, 33, 332)和Adv. Healthcare Mater. (2017, DOI: 10.1002/adhm.201601289)上发表论文。
杨武利教授团队发现与相同晶体结构的Fe3O4纳米晶相比， Fe3O4纳米晶团簇(Fe3O4微球)具有更好的光热效应，这是由于Fe3O4微球在近红外区有更强的吸收，动物实验进一步证明在近红外光照下，Fe3O4微球具有更好的光热治疗效果(Biomaterials, 2015, 39, 67)。为了进一步探究Fe3O4微球的光热性能，他们研究了不同尺寸和不同配体稳定的Fe3O4微球的光热效应，发现Fe3O4微球的尺寸越大，其在近红外区的吸收值越大，光热性能也越好。随着储存时间的增加，Fe3O4部分被氧化为Fe2O3；研究发现高分子配体相比小分子配体对Fe3O4微球具有更强的保护作用，防氧化能力强；高分子配体稳定的Fe3O4微球在细胞和动物水平展现出更强的光热效应和光热稳定性(Part. Part. Syst. Charact., 2016, 33, 332)。
具有细胞核靶向的磁性复合纳米粒子的制备与光热治疗
为了进一步提高磁性纳米粒子的光热性能，该团队以Fe3O4微球为核，利用多巴胺(PDA)的氧化自聚反应制备了一种具有核-壳结构、生物相容性良好的Fe3O4@PDA复合微球。与Fe3O4微球相比，相同质量浓度下，该复合微球在近红外区域的吸收增强，表现出增强的光热效应。Fe3O4@PDA复合微球的近红外吸收和光热效应都随着PDA壳层厚度的增加而增强(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 15876)。
纳米粒子进入体内血液，表面会迅速结合各种蛋白形成一层蛋白冠，随后被被自身免疫系统和网状内皮系统/单核吞噬细胞所吞噬和清除。利用生物仿生技术，杨武利教授团队将Fe3O4微球用红细胞(RBC)膜包衣，显著提高了Fe3O4微球在体内的长循环能力，从而有效促进复合微球在肿瘤部位富集，继而显著提升了动物水平上的光热治疗效果(Biomaterials, 2016, 92, 13)。
为了实现亚细胞器水平上的精细光热治疗，杨武利教授团队计了一种靶向细胞核的磁性复合纳米粒子。他们选用油酸稳定的不同尺寸的Fe3O4纳米晶(5 nm, 11 nm和20 nm)，通过配体交换法制备了水性Fe3O4纳米晶。水性Fe3O4纳米晶具有良好的磁共振信号和光热性能，尺寸大的Fe3O4纳米晶具有更强的T2信号(20 nm, 207.1 mm−1 s−1)和较高的光热转换效率(~37%）。随后在纳米粒子表面连接肿瘤靶向分子转铁蛋白(Tf)和细胞核靶向分子穿膜肽TAT，生物电镜结果表明纳米粒子进入细胞后，复合纳米粒子表面的TAT分子确实可以帮助磁性纳米粒子靶向细胞核；核孔复合物对进入细胞核的纳米粒子的尺寸有严格的要求，20 nm的Fe3O4纳米晶可有效进入细胞核。尾静脉注射此复合纳米粒子，在磁共振成像和小动物荧光成像的指引下，注射12小时后，用808 nm近红外激光照射5分钟，即显著抑制肿瘤的生长。相关的工作在线发表于Adv. Healthcare Mater.(2017, DOI: 10.1002/adhm.201601289)。
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