硅二维量子片助力脑肿瘤治疗|Science Bulletin

合肥工业大学缪昭华与合作者提出了一种化学脱嵌和低温辅助剥离相结合的策略用于制备二维硅量子片，并证实了硅量子片能够用作高性能光热纳米制剂，在恶性程度极高的脑胶质瘤诊断和治疗上有很好的应用前景。该文发表在Science Bulletin 2021年第2期。

Tiny 2D silicon quantum sheets: a brain photonic nanoagent for orthotopic glioma theranostics.

Science Bulletin, 2021, 66(2): 147-157

合肥工业大学缪昭华副教授和中科院深圳先进技术研究院胡德红副研究员为论文共同第一作者，哈尔滨工业大学(深圳)徐成彦教授、中国科学院深圳先进技术研究院盛宗海研究员和合肥工业大学查正宝教授为论文共同通讯作者。

      多形性胶质母细胞瘤(Glioblastoma multiforme, GBM)是常见的中枢神经系统恶性神经上皮性肿瘤，是一种恶性程度极高的脑部肿瘤，具有预后差、高致死率和易复发等特点，GBM患者的平均生存期仅为九个月。对于GBM，传统的开颅手术存在昂贵和感染的风险，并且化疗或者放疗的治疗效果不佳。基于光热转化制剂的激光热消融是近年来新兴的一种非侵入性治疗技术，通过将激光转变为热量，实现实体肿瘤的靶向消融。然而，血脑屏障会阻止大部分的光热转化制剂进入脑部，阻碍了激光热消融技术在脑部治疗中的应用。因此，探究具有能跨越血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)的高生物相容性光热转化制剂对于GBM的激光热消融具有重要意义。

       硅是一种存在于头发和皮肤等器官的人体必须元素。硅纳米材料已被广泛应用于生物医学领域，如药物递送、生物传感和成像等。最近，中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士团队开发了一种湿化学剥离方法来获得超薄二维硅烯，并首次将硅烯用于小鼠4T1乳腺癌的光声成像和光热治疗，取得了很好的疗效(Adv. Mater. 2019, 31, 1903013)。不同于传统的硅基材料，二维硅烯具有超薄结构、极高的比面积以及强的光学吸收等特性，在生物医学领域具有很好的应用前景。然而，目前尚未有二维硅材料在脑部疾病应用的报道。

       基于此，作者提出了一种化学脱嵌和低温辅助剥离相结合的策略用于制备超小的二维硅量子片(Silicon quantum sheets, Si QSs)，验证了硅量子片可以作为一种高性能光热纳米制剂用于C6脑胶质瘤小鼠模型的诊断和治疗(图1)。

图1  二维硅量子片的制备和用于小鼠原位脑胶质瘤的光声成像和治疗

     制备的硅量子片横向尺寸约为14.0 nm，厚度约为1.6 nm，质量消光系数和光热转换效率分别为27.5 g^-1 cm^-1 和47.2%，具有非常优异的光转化热性能(图2)。

图2 二维硅量子片的表征：(a) TEM；(b) 粒径分布；(c, d) 量子片厚度

       经尾静脉注射后，硅量子片可穿透血脑肿瘤屏障，在脑胶质瘤组织中有效蓄积，显著增强肿瘤区域的光声信号，实现了的脑肿瘤激光靶向热消融。经激光照射5 min后，实验组小鼠的脑胶质瘤能得到有效抑制，小鼠生存期延长了1倍（图3）。该项工作拓展了二维硅材料在脑疾病治疗中的生物医学应用。

图3 C6脑胶质瘤小鼠模型的诊断和激光热消融。(a) 磁共振成像；(b) 光声诊断；(c) 热成像；(d) 不同组小鼠的脑部胶质瘤的荧光成像；(e) 肿瘤的生长曲线；(f) 生存期；(g) 体重变化

该论文得到了国家重点研发计划政府间合作重点专项、国家自然科学基金和深圳湾实验室开放基金等项目的资助。

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