【人物与科研】苏州大学刘庄教授课题组：氟化共价有机聚合物应用于肿瘤乏氧改善增强的肿瘤光动力治疗

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导语

乏氧是肿瘤微环境的重要特征之一，肿瘤的乏氧不仅促进了肿瘤细胞的侵袭转移，同时还增强肿瘤对化疗药物的耐药性。因此，如何改善肿瘤的乏氧环境以增强放疗疗效是科学家当前面临的重要挑战。近日，苏州大学刘庄教授课题组合成了一种氟化共价有机聚合物THPP_pf-PEG，该聚合物能够在改善肿瘤乏氧的同时显著提高光动力治疗的效果(Adv. Funct. Mater., DOI: 10.1002/adfm.201804901)。

刘庄教授课题组简介

苏州大学先进生物材料与纳米医学实验室创建于2009年，是一个跨越材料学、化学、生物学、医学等多个学科的研究团队，在生物医用材料与纳米材料的构建、生物医学影像与检测以及肿瘤与其他疾病的创新疗法探索等方面从事前沿研究。团队目前有教授/研究员3人、副教授1人、助理研究员1人、技术员1人。近年来共培养博士研究生11人、硕士研究生18人，出站博士后3人。

刘庄教授简介

刘庄教授，博士生导师。2004年于北京大学化学与分子工程学院获理学学士学位；2008年于美国斯坦福大学获得化学博士学位；2008年至2009年在斯坦福大学化学系以及医学院从事博士后研究。2009年6月加入苏州大学功能纳米与软物质研究院，被聘为教授，博士生导师。近年来在生物材料与肿瘤纳米技术领域从事研究，围绕肿瘤诊疗中的若干挑战性问题，发展了一系列新型纳米探针用于体外生物检测与活体分子影像，并探索了多种基于纳米技术和生物材料的肿瘤光学治疗、放射治疗与免疫治疗新策略。共发表学术论文240余篇，论文总引用超过33,000次，SCI H-index=90，84篇论文入选ESI高被引论文。2014-2017年连续四年入围Elsevier出版社发布的“中国高被引用学者榜单”（材料科学类）；2015-2017年连续三年入选美国美国科睿唯安（原汤森路透集团）公布的“全球高被引科学家名单”（化学、材料）。获国家杰出青年基金、基金委优秀青年基金、江苏省杰出青年基金等资助。

前沿科研成果

氟化共价有机聚合物应用于

肿瘤乏氧改善增强的肿瘤光动力治疗

肿瘤组织乏氧是制约放疗、光动力治疗等多种需氧型肿瘤治疗手段疗效的关键因素之一。针对这一难题，苏州大学刘庄教授课题组近年来设计了多种不同的肿瘤乏氧改善策略以提高肿瘤对放疗、光动力治疗等治疗手段的疗效，并取得了一些创新性成果。肿瘤血管不规则是造成肿瘤乏氧的主要原因之一，基于此刘庄教授课题组通过多种策略实现了肿瘤血管的正常化，进而实现了肿瘤乏氧的改善以及多种治疗手段的增敏（Nano Lett., 2016, 16, 2512-2521; Biomaterials, 2017, 148, 69-80）；同时，研究发现通过利用纳米材料温和的光热效应，能够显著提高肿瘤部位的血供，进而有效改善肿瘤组织乏氧以及光动力治疗、放疗等的疗效（Adv. Mater., 2015, 27, 6110–6117; Biomaterials, 2017, 127, 13-24）；另外，利用全氟碳高效吸附氧气的能力，刘庄教授课题组构建了多种全氟碳载体以有效改善肿瘤组织乏氧（Adv. Mater., 2016, 28, 2716–2723; Biomaterials, 2017, 112, 257-263; Nano Lett., 2016, 16, 6145–6153; Adv. Mater., 2017, 29, 1701429）；此外，利用肿瘤组织较高水平的H₂O₂，课题组发现利用含有过氧化氢酶、MnO₂、铱纳米晶的材料能够催化H₂O₂分解产生O₂并显著提高肿瘤部位的氧气浓度，进而增强肿瘤对放疗、光动力治疗以及免疫治疗等响应（Nat. Biomed. Eng., 2018, 2, 611-621; Nat. Commun., 2017, 8, 902; Nano Lett., 2018, 18, 2475–2484; Adv. Mater., 2016, 28 , 7129-7136; Biomaterials, 2018, 181, 81-91）。除了上述策略通过增加肿瘤内的氧气供应来改善肿瘤乏氧，刘庄教授团队发现通过利用二甲双胍可以降低肿瘤细胞的氧气消耗，进而有效地改善了肿瘤乏氧，实现对肿瘤光动力治疗和放疗疗效的增强（Nano Res., 2017, 10, 1200-1212）。

全氟碳具有良好的生物相容性，且已有相关产品应用于临床。因此，开发具有高效肿瘤富集效果的全氟碳载体，将对肿瘤乏氧改善以及肿瘤治疗增敏具有重要的研究意义和实用价值。刘庄教授课题组在前期研究基础上，设计了一种氟化共价有机聚合物，实现了高效的肿瘤氧气递送与肿瘤乏氧改善，进而结合激光照射，实现了肿瘤乏氧改善增强的肿瘤光动力治疗。

图1. 氟化共价有机聚合物的合成

（来源：Adv. Funct. Mater.）

课题组的具体研究思路如下：利用meso-5-10-15-20-四(4-羟基苯基)卟啉（THPP）与全氟癸二酸（PFSEA）进行共价交联，然后用羧基封端的聚乙二醇修饰（COOH-PEG），得到具有良好水溶性、生物相容性和肿瘤靶向富集效果的THPP_pf-PEG。其中，THPP作为一种光敏剂起到光动力治疗的效果，而PFSEA则赋予THPP_pf-PEG良好的全氟碳以及氧气负载能力。在肿瘤的光动力治疗过程中，PFCE@THPP_pf-PEG在肺部吸附氧气，通过血液循环在肿瘤部位富集后再逐步释放氧气以改善肿瘤组织的乏氧状况，并最终提高肿瘤光动力治疗的效果。

图2.体内肿瘤氧合

（来源：Adv. Funct. Mater.）

PFCE@THPP_pf-PEG经尾静脉注射后，随血液流经肺部时会吸附氧气，然后通过血液循环在肿瘤部位富集，并不断释放氧气，显著改善了肿瘤的乏氧环境（图2a）。作者通过利用光声成像和免疫荧光染色法对乏氧部位进行成像分析，其结果显示PFCE@THPP_pf-PEG能够显著改善肿瘤乏氧。

总之，该研究主要合成了一种氟化的共价有机聚合物THPP_pf-PEG，该聚合物经冻干复溶处理后其理化性质不会发生显著变化，可方便样品的长期保存与运输。该聚合物通过物理吸附全氟碳后可以作为高效的氧气载体，利用其体内长循环性质，其能够在改善肿瘤乏氧的同时显著提高光动力治疗的效果，对推动肿瘤的光动力的临床转化具有一定意义。此外，由于这种聚合物的卟啉环结构能够有效螯合放射性元素^99mTc，因此其可作为一种SPECT成像探针，用于研究材料的体内药代动力学行为。

关于人物与科研

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