《Biomaterials》：基于抑制肿瘤氧代谢并同时产生氧的肿瘤智能上转换光动力诊疗

来源：Biomaterials

乏氧是实体瘤的标志之一，严重限制了临床癌症的治疗，尤其是依赖于氧（O2）的光动力治疗（PDT）。肿瘤光动力疗法是基于氧、光敏剂和可见光为基础的、低副作用的无创癌症治疗手段，但传统的PDT采用紫外光或白光照射，其组织穿透表浅，通常只能用于皮肤癌的治疗；而将其用于其它深层组织的肿瘤的治疗，则受深层组织内肿瘤定位不准确、激发光穿透无法达到、深组织内肿瘤乏氧等关键问题的长期困扰。袁振副教授的研究团队针对肿瘤光动力诊疗难题，开发出复合智能光动力诊剂，该多功能智能药物具备（1）MRI、CT分子成像和近红外二区（1300 nm）荧光分子成像能力，可定位深组织内肿瘤；（2）将808 nm近红外光转化为可见光激发光敏剂，实现深组织治疗；（3）肿瘤部位智慧释放肿瘤呼吸抑制剂抑制肿瘤呼吸代谢并产氧，改善肿瘤乏氧，进一步促进光动力精准治疗。

该研究团队开发的一种智能多层纳米结构，以减少O2的消耗并同时提高O2的供应量的方式解决乏氧问题。细胞呼吸抑制剂-atovaquone（ATO）分子保留在中间的中孔硅层中，因此在纳米MnO2层的降解后，会智能地释放到肿瘤部位，从而有效抑制肿瘤的呼吸代谢，从而提高了氧气含量。同时，MnO2层的降解会产生O2，从而进一步提高氧含量。此外，内部的上转换纳米结构作为近红外（NIR）光转换器，能够激活用于深层组织PDT的光敏剂。系统实验表明，这种抑制O2消耗和O2产生的策略改善了氧气供应，从而提高了单线态氧的产生，从而在NIR光激发下根除癌细胞。

研究人员通过多模态分子影像、共聚焦、细胞活测定等生物学实验和动物模型验证其疗效，并探索这种新型智慧光动力诊疗剂诱导肿瘤细胞死亡的生物学效应及其分子机制。研究发现，这种新型光动力诊疗剂为更广泛的深组织光动力疗法开辟了研究道路，具有非常重要的潜在临床应用价值，也为今后克服肿瘤乏氧、开发新的肿瘤临床治疗策略和光敏药物制剂提供一个新途径。论文第一作者为王丹博士，澳门大学的袁振副教授，深圳大学的屈军乐教授，宋军教授为该文章的通讯作者。

澳门大学袁振副教授：致力于生物医学光子学原创性成像原理和原型光学器件的研究，在世界上首次实现了光声结构成像向定量功能成像的转变，他也是早期连续波近红外光谱脑功能成像的几个开拓者之一，该技术已被美国FDA批准用于脑疾病临床诊断。袁振在脑神经科学和生物医学光子学等领域取得一系列一流国际广泛认可的科研成果，在多本国际顶尖生物医学光子学杂志上发表了论文近200篇。袁振现任《Quantitative Imaging in Medicine and Surgery》编委，《BMC Medical Imaging》和《Frontiers in Human Neuroscience》副主编、美国光学学会和国际光电工程学会高级会员、中国生物医学光子学会委员及澳门核医学和分子影像协会副主席。

深圳大学屈军乐教授：专注于非线性光学显微镜，荧光寿命成像，超分辨率光学成像及其生物医学应用。他的研究得到了国家自然科学基金委员会杰出青年学者基金会和国家基础研究计划等的支持。他在同行评审期刊上发表了200多篇论文，包括《Nature Photonics》，《PNAS》，《Advanced Materials》, 《Chemical Society Reviews》, 《Biomaterials》，《Optics Letters》等，并拥有40项专利。他是SPIE高级会员，中国光学学会（COS）生物医学光子学委员会主任，并曾在多家同行评审期刊的编辑委员会任职。

论文信息：

Dan Wang, Bin Xue, Tymish Y. Ohulchanskyy, Yubin Liu, Artem Yakovliev, Roman Ziniuk, Mengze Xu, Jun Song*, Junle Qu*, Zhen Yuan*. Inhibiting tumor oxygen metabolism and simultaneously generating oxygen by intelligent upconversion nanotherapeutics for enhanced photodynamic therapy. Biomaterials 2020, 251, 120088.

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