北京化工大学刘惠玉教授与医科院肿瘤医院马洁、袁伟研究员合作：可降解碳硅纳米材料用于癌症光疗

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近日，北京化工大学生命科学与技术学院刘惠玉教授团队和中国医学科学院肿瘤医院分子肿瘤学国家重点实验室马洁、袁伟研究员团队合作，开发了一种可降解碳-二氧化硅纳米复合材料（CSN），可在生理介质中实现无酶降解并具有光热/光动力和激活树突状细胞的免疫佐剂性质，实现高效抗肿瘤治疗。相关成果发表于ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.9b06168），并被遴选为当期的Supplementary Journal Cover。本文第一作者是北京化工大学生命学院硕士研究生王弘毓，博士研究生潘雪婷和中国医学科学院肿瘤医院博士研究生王晓童，刘惠玉教授和袁伟研究员为本文的通讯作者。

纳米光控治疗如光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）具有适用范围广、低侵入性、过程简便等优点，在肿瘤治疗领域展现出巨大的应用前景。近年来，多种纳米材料被报道具有PTT和PDT双光疗特性。其中，碳基纳米材料因其易于制备、高光热转换效率而备受关注。然而，常用碳基纳米材料不易降解的问题严重阻碍了其临床应用，开发具有可降解性能的高效光疗碳基材料是将光疗抗癌技术推向临床的难点之一。为此，团队采用树枝状生物降解介孔二氧化硅为模板负载不连续相碳结构，构建了可降解介孔碳硅纳米颗粒（CSN），该生物材料优势如下：1）在近红外光照射下，CSN可在生理介质中实现无酶降解；2）具有光热/光动力性质和光声（PA）成像功能，用于成像引导的双模肿瘤光疗；3）CSN免疫佐剂特性可以激活树突状细胞（DCs），光疗可进一步增强DCs熟化及抗肿瘤免疫应答。

图1. 具有免疫佐剂性质的可降解CSN用于癌症治疗的示意图

团队不仅在乳腺癌皮下瘤模型上验证了CSN的治疗效果与免疫佐剂性质，还在人源性组织异种移植（PDX）模型上进一步探索了CSN的治疗效率。与传统细胞系异种移植模型不同，PDX模型来源于患者手术或穿刺得到的新鲜实体瘤，该模型不仅保留了人类原发癌组织的肿瘤内异质性和组织学特征，还再生了包含脉管系统，细胞外基质和肿瘤基质成纤维细胞的肿瘤微环境，利于更好的表现亲代肿瘤性状，并维持了肿瘤的异质性，因此无论从组织病理还是分子病理，都十分接近病人，对癌症治疗的临床前评价具有积极意义。

图2. CSN的制备，形貌和光疗性能表征

要点：CSN是一种分散性好、粒径均一，具有介孔结构以及对NIR光具有较高吸收的碳硅材料。其光热转化效率约为34.5%，并可NIR光的照射下可以产生单线态氧。

图3. CSN在体外模拟生理条件以及在细胞内环境的降解行为

要点：CSN在模拟体液和模拟溶酶体液中，经NIR光照射可以在16天内无酶降解为~5 nm的小颗粒，且在细胞内也可以降解。

图4. CSN诱导树突状细胞活化并分泌细胞因子

要点：CSN具有免疫佐剂性质，可以非特异性激活DCs，分泌细胞因子。光疗后可进一步增强激活DCs分泌细胞因子，引发后续的抗肿瘤免疫反应。

图5. 验证CSN在4T1模型中的抗肿瘤效果及体内免疫佐剂性质

图6. 验证CSN在PDX模型中的抗肿瘤效果

要点：CSN在4T1皮下瘤模型中实现了93.2%的肿瘤抑制率。此外，CSN可以在体内激活肿瘤浸润的DCs，光疗后可进一步促进DCs在肿瘤中的积累和活化，以及更多的T细胞浸润，增强抗肿瘤免疫作用。

在免疫缺陷鼠上建立了PDX模型，并探索了CSN的治疗效果，实现了92.5%的肿瘤抑制率，对癌症治疗的临床前评价具有积极意义。

刘惠玉教授，北京化工大学博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者。2007年获得中国科学院理化技术研究所博士学位，毕业后留所工作。2015年被聘为北京化工大学生命学院教授，加入“软物质科学与工程高精尖创新中心”与“有机无机复合材料国家重点实验室”。长期从事纳米生物材料的合成，在光控肿瘤治疗方向取得了重要进展。先后主持5项国家自然科学基金。在Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，ACS Nano等国际期刊发表论文70余篇，引用4800余次，当期1% ESI高被引论文7篇，H因子33。兼任SCI期刊Journal of Nanoscience and Nanotechnology专刊客座编辑，生物化工青年工作委员会委员，中国生物医学工程学会青年委员会委员，北京粉体技术协会第二届理事会理事，北京生物医学工程学会组织工程专业委员会委员，纳米毒理委员会青年委员，中国医药生物技术协会纳米生物技术分会常务委员。曾获中国科学院卢嘉锡青年人才奖，中国科学院“青年创新促进会”首届优秀会员，北京市科技新星等荣誉称号。

袁伟研究员，北京协和医学院硕士生导师。2008年获得南开大学博士学位，后加入中国医学科学院肿瘤医院分子肿瘤学国家重点实验室，从事肿瘤诊疗靶点分子机理研究及新型诊疗纳米材料研发工作。入选2013年度北京市科技新星。近年以第一/通讯作者身份在国外学术期刊发表SCI论文16篇（其中IF>10的文章2篇，IF>5的文章10篇）。先后主持重大新药创制课题、863青年科学家、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等多项国家级、省部级课题。北京医学会肿瘤学分会第九届委员。中国生物医学工程学会纳米医学与工程分会青年委员。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b06168

刘惠玉课题组网页：

http://www.liuhuiyugroup.com

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