上海交通大学汪朝阳和朱申敏团队《AFM》：基于纤维素纳米晶与碳点的可注射水凝胶用于肿瘤光热、光动力治疗

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光热疗法 (PTT) 和光动力疗法 (PDT)是运用光敏药物和激光活化治疗新生血管和肿瘤类疾病的一种新方法。光热治疗法是将具有较高光热转换效率的材料注射入人体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，并在外部光源的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞的一种治疗方法。光动力治疗用特定波长照射肿瘤部位，使选择性聚集在肿瘤组织的光敏药物活化，引发光化学反应或热效应破坏肿瘤。作为非侵入性的治疗方法，光热和光动力治疗相比于传统肿瘤疗法，其优势在于能够实现时空可控地对肿瘤区域精确照射，进行有效的治疗，达到最大限度地减少副作用的效果。

然而，传统光热剂存在明显的局限性：比如光热转换效率低、光稳定性差、光敏剂光穿透深度较浅。鉴于此，研发新型光敏剂材料，尤其是可将光热剂、光敏剂和聚合物基体复合制备的新型可注射水凝胶，以同时进行PTT和PDT，为癌症治疗中提供新的更有效媒介。但将光热剂，光敏剂引入水凝胶中，操作发展，对材料进行复杂的修饰是难以避免的。因此，探索单一有效成分的光新型疗剂，一直是该领域研究热点之一。

上海交通大学材料科学与工程学院朱申敏教授和医学院附属第九人民医院眼科汪朝阳主任医师团队提出了一种简单的方法，利用氨基修饰的碳点 (NCD) 和醛基改性纤维素纳米晶体间的反应，制备用于同时光热和光动力疗法的可注射水凝胶（图1）。NCD不仅作为光热剂与光敏剂，同时作为交联剂形成水凝胶。NCD表现出 77.6% 的光热转换效率，并且在660 nm光照下具有 0.37 的高单线态氧量子产率。体外细胞实验和体内动物实验证明水凝胶无毒和有效的肿瘤抑制作用。因此，光治疗剂与聚合物基体直接反应的策略不仅为可注射水凝胶的制备提供了新的策略，而且为肿瘤治疗提供借鉴思路。

图1. CCHOxNCD水凝胶的合成及其在癌症治疗中的应用(x等于水凝胶中NCDs的浓度；x= 2, 4 , 6, 8 mg/mL)

流变频率扫描测试（图2a）显示CCHONCD水凝胶表现出恒定的G'和G''值。随着NCD含量的增加（图2b）显示出线性粘弹性行为。水凝胶的粘度随着剪切速率的增加而急剧下降（图2c），有利于注射。如图2d所示，当应变从1%到200%变化时，CCHO4NCD经历凝胶-溶胶转变。相反，当应变从200%降低到1%时，由于溶胶-凝胶转变，样品的G'和G''立即恢复到其原始值。说明，溶胶-凝胶转变是可逆的，样品能够自我修复到初始状态。

图2. CCHOxNCD水凝胶的流变性能

在人宫颈癌细胞和小鼠黑色素瘤细胞系上对生物安全性和治疗有效性进行验证后，动物实验流程如图3a。B16F10荷瘤小鼠随机分为四组：PBS（I组）、660 nm LED照射（II组）、CCHO4NCD水凝胶瘤内注射（III组），660nmLED光照及注射CCHO4NCD水凝胶（IV组）。对于光热治疗效果，IV组小鼠肿瘤处温度升高21 °C，远高于II组的5 °C（图3c）。此外，I、II、III组肿瘤明显生长，各组间肿瘤体积无显着性差异，表明660nm光照射和单独的水凝胶对肿瘤生长没有影响（图3d，e与g）。IV组小鼠肿瘤的生长完全被抑制且没有复发。与组I、II和III相比，组IV显示出显着改善的癌症治疗效果。此外，所有四组小鼠的体重变化（图3f）都无显著性差异，表明这些治疗没有产生明显的副作用。每组的肿瘤切片都用HE染色以及TUNEL和Ki-67的荧光染色，来反映肿瘤细胞的凋亡和增殖情况（图3h）。IV组肿瘤组织被破坏，几乎没有细胞增殖，而I、II、III组癌细胞增殖更加活跃，部分组织损伤。因此，CCHOxNCD水凝胶可用作有效且低毒的癌症治疗平台，实现同步PTT和PDT。

图3. CCHOxNCD水凝胶的体内肿瘤治疗效果

以上成果发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2021, 2106079)，IF 18.8。值得一提的是，本研究引起了AFM杂志责任编辑的极大兴趣和3位匿名审稿专家非常积极的正面评价，从文章投稿到修回，再到接受，总耗时不到一个月。论文的第一作者为上海交通大学材料科学与工程学院博士生陈天星，共同第一作者为上海交通大学医学院附属第九人民医院博士生姚腾腾，通讯作者为汪朝阳教授和朱申敏教授。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106079

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