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近日，我院兒外科董巋然副書記，董瑞副主任醫(yī)師與上海大學(xué)陳雨研究員共同合作在Chemical Engineering Journal雜志（IF=10.6）發(fā)表了題為“Multifunctional Cascade Nanocatalysts for NIR-II-Synergized Photonic Hyperthermia-Strengthened Nanocatalytic Therapy of Epithelial and Embryonal Tumors”的論著，劉翔琪博士為第一作者。該研究創(chuàng)新性地構(gòu)建了具有光熱增強(qiáng)連鎖催化及光聲成像效果的四硫化三鐵納米片（Fe3S4-PEG-GOD），并在兒童神經(jīng)母細(xì)胞瘤模型中取得了良好的治療及成像效果。
神經(jīng)母細(xì)胞瘤是兒童顱外最常見的惡性實(shí)體腫瘤，惡性程度高，占所有兒童腫瘤的8-10%，高危組患兒的長(zhǎng)期生存率小于50%。目前主要的治療手段為手術(shù)切除以及化療為主。近年來(lái)，以光熱材料為代表的多功能生物應(yīng)用納米材料在實(shí)體腫瘤的診治中成為研究熱點(diǎn)。納米藥物以其納米級(jí)的尺寸，大的比表面積從而有高的反應(yīng)效力，較傳統(tǒng)藥物能更長(zhǎng)地維持體內(nèi)循環(huán)時(shí)間，并通過(guò)實(shí)體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR)更好滲透到腫瘤組織中。
該研究的設(shè)計(jì)思路基于兩方面（1）腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment, TME）中的微酸性特性可觸發(fā)芬頓反應(yīng)：芬頓反應(yīng)是一種既往被用在酸性環(huán)境下通過(guò)催化劑（如Fe2+）催化過(guò)氧化氫（H2O2）產(chǎn)生羥基自由基處理有機(jī)污染物的催化反應(yīng)。TME中的微酸性pH和H2O2，正好為此反應(yīng)的反應(yīng)條件和底物。但TME中的內(nèi)源性H2O2含量有限。而葡萄糖氧化酶（glucose oxidase， GOD）可在催化水解腫瘤中的葡萄糖的同時(shí)生成H2O2，為芬頓反應(yīng)提供充足的底物，通過(guò)連鎖催化產(chǎn)生大量的有細(xì)胞毒性的羥基自由基。因此該研究通過(guò)縮合反應(yīng)成功將GOD負(fù)載至聚乙二醇（PEG）修飾的Fe3S4上，合成具有生物相容性的Fe3S4-PEG-GOD。（2）光熱效應(yīng)是指材料將近紅外窗口（near infrared window, NIR）I, II區(qū)激光轉(zhuǎn)換為熱能。NIR-II激光較NIR-I有更深的組織穿透性以及生物安全性。該研究通過(guò)光熱性能測(cè)試證實(shí)了所合成的多功能納米片在NIR-II區(qū)具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能（85%）。并且通過(guò)表征測(cè)試及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其在NIR-II激光照射下，能使反應(yīng)體系及細(xì)胞環(huán)境溫度升高進(jìn)而增強(qiáng)連鎖催化反應(yīng)強(qiáng)度，產(chǎn)生更多的羥基自由基。在神經(jīng)母細(xì)胞瘤的裸鼠皮下荷瘤模型中，通過(guò)將Fe3S4-PEG-GOD納米片尾靜脈注射及聯(lián)合體外NIR-II區(qū)（1064 nm）激光對(duì)腫瘤部位照射，紅外熱像儀顯示腫瘤部位溫度有效升高了17℃。較空白對(duì)照組，治療組小鼠的腫瘤體積明顯縮小。在光聲成像儀中，觀察到腫瘤部位在注射后24小時(shí)仍有較強(qiáng)的光聲信號(hào)。
該研究將腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的納米材料研發(fā)設(shè)計(jì)思路應(yīng)用于兒童實(shí)體腫瘤中，并驗(yàn)證了其生物安全性及有效性，為兒童實(shí)體腫瘤的診治研究提供了新的方向。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128364
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