北京化工大学刘惠玉教授团队：金属有机骨架衍生的含类卟啉结构介孔碳球用于增强声动力癌症治疗的研究
近日，北京化工大学生命科学与技术学院刘惠玉教授团队首次发现了金属有机骨架（MOF）衍生的含有类卟啉结构的介孔碳球（PMCS）可作为一种高效无机声敏剂用于声动力治疗，克服了传统有机声敏剂在水中溶解度低、易于从血液循环中消除，在肿瘤部位积蓄量少的问题，增强了其声动力治疗效果。相关成果发表于《先进材料》（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201800180）。北京化工大学潘雪婷同学为第一作者，刘惠玉教授为通讯作者，中国科学院声学研究所白立新教授以及国家纳米科学中心王会博士，施兴华教授参与了此项研究。
声动力治疗需要声敏剂的协助，即用超声激活声敏剂产生活性氧进而杀伤肿瘤细胞，达到治疗目的。传统有机声敏剂如卟啉及其衍生物由于在肿瘤部位积蓄量少，声动力效果不显著。虽然在声敏剂系统中引入纳米辅助颗粒在一定程度上提高了声动力治疗敏化作用，但是这种复合系统稳定性差、工艺复杂、成本高，限制了其临床应用，因此开发一种新型声敏剂以解决上述问题极具挑战。
刘惠玉教授课题组以沸石咪唑类骨架材料ZIF-8作为模板，通过高温煅烧合成了PMCS，并在探究其声动力敏化性能上做了一系列工作。通过实验首次发现并利用密度泛函理论（DFT）计算证明，在超声作用下，PMCS高的活性氧（ROS）产生效率与其含有的类卟啉结构高度相关。此外，PMCS的高比表面积和多孔道结构使其携带了大量气核，增强了超声的空化效应。最重要的是，通过高速摄像机的拍摄，首次直观地观察到了在PMCS存在的情况下超声过程中空泡的生长溃灭现象，并捕捉到了微射流的产生过程。
图1 PMCS的声动力治疗过程示意图
PMCS良好的声动力敏化效果与其结构相关性得到验证后，刘惠玉教授课题组将PMCS应用到活体抗肿瘤研究。她们将PMCS通过尾静脉注射给药的方式注射入荷瘤小鼠体内，实验证明，PMCS具有良好的生物相容性和极好的肿瘤抑制效率。
刘惠玉教授课题组以ZIF-8为模板合成了PMCS，其类卟啉结构以及高的比表面积和多孔道结构，大大增强了活性氧（ROS）产生效率以及超声的空化效应，因此作为声敏剂成功应用于活体抗肿瘤中。这一开创性工作在深入探索与MOF衍生的碳纳米结构相关的SDT机制以及设计具有高ROS产率和优异稳定性的无机声敏剂中发挥重要的作用。
刘惠玉教授团队长期致力于纳米生物材料制备基础与结构调控，抗癌诊治等健康工程应用，研究成果相继刊发在Advanced Materials (Adv. Mater., 2017, 1700448, Adv. Mater., 2016, 28, 8379-8387, Adv. Mater., 2012, 24, 755-761), Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 4252–4261), ACS Nano (ACS Nano 2015, 9, 1788-1800), Angewandte Chemie-International Edition(Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 891-895)等期刊上，为相关领域的发展提供了理论和技术指导。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201800180
刘惠玉课题组网页：
http://www.liuhuiyugroup.com
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