中山大学曹众副教授课题组在纳米气体诊疗肿瘤领域取得重要进展

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近日，中山大学生物医学工程学院曹众副教授课题组在医学影像引导的肿瘤气体治疗研究中取得重要进展，相关成果发表在国际材料学领域知名期刊Advanced Functional Materials （影响因子13.325）。 

肿瘤的诊断和治疗一直是世界性难题，传统的化疗放疗方法具有显著的毒副作用，因此，迫切需要开发出安全有效的癌症治疗新手段。相关研究表明，人体内存在的一类特殊气体信号分子，包括一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）和硫化氢（H2S）等，对癌症、炎症和心血管疾病都具有独特的治疗作用。因而，气体治疗成为一种新兴的、具有广阔应用前景的治疗策略。最近发现一氧化碳（CO）作为一种内源性气体分子，可以杀死癌细胞而不会影响正常细胞，表现出显著的抗癌功效，被认为是一种有效的气体治疗分子。

然而，CO气体治疗亦面临多方面的挑战：

• （1）CO气体的不可控释放和蓄积将导致潜在的中毒风险；

• （2）目前已报道的CO气体疗法，CO释放量少，无法达到有效抑制肿瘤生长的目的。因此，构建载药量高、且兼具刺激响应性和医学影像引导功能的纳米载体传输体系对于精准气体治疗非常关键。

聚多巴胺（PDA）作为一种类似黑色素的聚合物，由于其固有的生物相容性、易制备性和较强的近红外(NIR)吸收特性，从而在生物医学领域得到关注。通过改进制备方法得到的介孔聚多巴胺（MPDA）是一类新型介孔材料，因其具有较高的比表面积和规则有序的孔道结构，并保留了PDA的优良特性等优势逐渐得到研究者们的关注。但基于介孔聚多巴胺为载体的诊疗制剂还未有过报道。曹众课题组报道了一种新型介孔聚多巴胺纳米诊疗剂（MnCO @ MPDA NPs），该纳米粒兼具磁共振和光声成像功能和靶向气体运输功能，成功地实现了医学影像引导下对癌症的无创治疗（如图1所示）。

MnCO @ MPDA纳米诊疗剂的构建和治疗示意图

该研究首先制备了介孔聚多巴胺载体材料（粒径200 nm左右），然后利用介孔聚多巴胺纳米粒丰富的孔道结构高效装载气体前药羰基锰。该材料显示出较高的光热转换效率（η= 40%）以及良好的生物相容性，载药量高达60.3%。羰基锰（MnCO）是一种类芬顿（Fenton）试剂，可对肿瘤微环境中高含量的H2O2和H+做出响应，发生类Fenton反应产生CO气体及Mn2+（磁共振T1造影剂）。该诊疗剂只对H2O2过表达的肿瘤细胞产生较高的细胞毒性，对正常细胞几乎没有细胞毒性，从而表现出高选择性的抗癌效果和良好的生物安全性。此外，可以通过磁共振/光声双模态成像来监测纳米粒子的体内分布和治疗过程，在肿瘤部位释放的CO气体可主要通过促进线粒体合成和增强活性氧（ROS）的产生来诱导癌细胞凋亡，同时与光热治疗产生协同作用，在动物实验中肿瘤消融效果显著。

该研究为纳米气体诊疗剂的制备以及医学成像引导的肿瘤治疗技术奠定了坚实的实验基础，具有非常重要的研究意义和潜在的应用价值。该研究成果已经申请国家发明专利，具有自主知识产权。相关研究成果以“Mesoporous polydopamine carrying manganese carbonyl responds to tumor microenvironment for multimodal imaging-guided cancer therapy”发表在《Advanced Functional Materials》

（DOI:10.1002/adfm.201900095）。中山大学生物医学工程学院硕士研究生武丹与中山大学孙逸仙纪念医院段小慧博士为论文共同第一作者，曹众副教授与中山大学孙逸仙纪念医院沈君教授，中山大学材料学院帅心涛教授为本文共同通讯作者，中山大学生物医学工程学院为第一单位。该研究工作得到国家自然科学基金、广东省特支计划科技创新青年拔尖人才、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目的大力支持。

研究成果链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201900095 

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