北化大徐福建教授团队：Janus结构壳聚糖/金杂化纳米颗粒的可控合成及实现光声成像引导的光热治疗

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天然多糖由于其固有的生物相容性，稳定性，生物降解性，易于功能化和毒性低在各种生物医学应用中显示出巨大的潜力。多糖/无机纳米材料由于结合了多糖的优势和无机纳米材料的特性将是理想的多功能平台，但是近年出现的多种多糖/无机纳米材料，其形貌局限于对称的球形，因此如何控制合成一系列具有可调节形态结构的多糖/无机纳米颗粒，将两者的优点相结合仍然是一个巨大的挑战。

为控制合成具有可调节形貌的多糖/无机纳米颗粒应用于生物医学领域，北京化工大学徐福建教授/赵娜娜教授团队提出了一种构建系列对称和不对称壳聚糖/金纳米棒复合物的通用策略，以其中特殊形貌的Janus结构壳聚糖/金纳米棒（J-Au-CS）为模型，将壳聚糖部分修饰阳离子聚合物CD-PGEA得到J-ACP，络合抑癌基因p53，同时利用金纳米棒的光热效应和Janus结构的自驱动性质，实现光声成像引导的协同基因/光热治疗。

图1. J-ACP纳米材料的合成以及实现PA成像引导的光热/基因协同治疗

一系列的对称和不对称壳聚糖/金纳米棒杂化纳米颗粒如图2所示。通过调控反应条件成功得到核壳（图2a）、偏心（图2b）、Janus（图2c）结构的壳聚糖/金纳米棒杂化纳米颗粒，另外替换无机纳米材料采用具有近红外二区光吸收的长金纳米棒进行控制合成得到类似的结构（图2a’-2c’）。降低聚合物球的交联度时，同样得到糖球略有坍塌的结构（图2a’’-2c’’）。因此，实现了对金纳米棒的位置、类型和壳聚糖聚合物球交联度的控制和壳聚糖/金纳米粒子的可调性，这些纳米结构为各种生物医学应用提供了多种的可能性。

图2. 核壳（a, a’, a’’），偏心（b, b’, b’’）和Janus（c, c’,c’’）结构壳聚糖/金纳米棒TEM图。

J-ACP具有较高的光热转换效率、光稳定性和体外对肿瘤细胞的杀伤（图3a-3c），使其在体内肿瘤光热治疗中有很大的潜力。尾静脉注射J-ACP纳米材料后发现在肿瘤部位具有较好的成像性能可用于指导体内的治疗，同时发现在8 h具有最高的材料富集，最终成功实现了光声成像引导的光热治疗。

图3. J-ACP的光热性质以及实现PA成像引导的体内光热升温。

在皮下瘤的小鼠动物模型中，从图4b可以看出实验组J-ACP/p53+NIR具有明显的肿瘤生长抑制，以及治疗结束后肿瘤的重量和照片J-ACP/p53+NIR表现出优异的抑制肿瘤效果。图4c肿瘤的H&E切片看出相比于其它组J-ACP/p53+NIR表现出明显的肿瘤组织损伤。同时通过免疫组化和western blot发现治疗蛋白P53的表达（图4d,e）。小鼠体重稍微有所上升说明材料具有较低的体内毒性（图4f）。

图4. (a) 动物实验治疗过程示意图；(b) 瘤子生长曲线以及治疗结束后的瘤重和肿瘤照片；(c) 肿瘤的H&E染色；(d) 肿瘤的免疫组化；(e) 肿瘤里面P53蛋白表达的western blot实验；(f) 小鼠的体重曲线。

以上相关成果发表在Small上。论文的第一作者为北京化工大学材料科学与工程学院毕业硕士研究生代晓光，共同通讯作者为北京化工大学赵娜娜教授和徐福建教授。

论文链接：

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202006004

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