东华大学史向阳教授团队Chem. Soc. Rev.综述: 构建多功能化的四氧化三铁杂化纳米平台用于癌症的诊断和治疗

【引言】

在过去数十年中，纳米材料因具有纳米级理化效应，吸引了越来越多科学家致力于纳米医学（nanomedicine）领域的研究。其中，超顺磁性氧化铁（Fe₃O₄）纳米颗粒因具有良好的生物相容性、胶体稳定性（修饰后）、磁学性能和表面易修饰等优点，在疾病的诊断和治疗中有着巨大的潜力。

【成果简介】

2018年1月29日，Chemical Society Reviews在线发表东华大学沈明武教授、史向阳教授（共同通讯作者）团队的长文综述“Construction of iron oxide nanoparticle-based hybrid platforms for tumor imaging and therapy”（DOI: 10.1039/c7cs00657h）。文章从多个角度介绍了多功能Fe₃O₄杂化纳米平台的构建和医学应用（如图1）。

图1 Fe₃O₄杂化纳米平台的构建及在医学领域中的应用

【图文导读】

1、Fe3O4纳米颗粒的合成

首先，文章列举了Fe₃O₄纳米颗粒的化学合成方式，其中重点介绍的方法包括: 控制共沉淀法、热分解法、水热/溶剂热法、温和还原法等。并从反应温度、气氛、溶剂、时间、颗粒尺寸和分布、弛豫性能、形貌控制等方面进行比较（如表1）。

2、Fe3O4纳米颗粒的修饰

其次，文章概述了二氧化硅、硅烷偶联剂、高分子聚合物（聚乙烯亚胺、树状大分子、聚乙二醇等）、小分子靶向试剂（叶酸、多肽、乳糖酸等）等在Fe₃O₄纳米颗粒表面修饰上的进展。纳米材料的表面修饰不仅进一步提高它的胶体稳定性和生物相容性，还赋予它对癌细胞的靶向能力。如图2，Wang和Shi等人利用层层自组装（LbL）技术，将带有负电荷的聚电解质聚苯乙烯磺酸盐和带有正电荷的树状大分子（叶酸和异硫氰酸荧光素修饰的）组装到Fe₃O₄纳米颗粒表面，制备出的树状大分子包被的叶酸靶向的Fe₃O₄杂化纳米平台对癌细胞有很好的靶向识别能力。

图2 树状大分子包被的叶酸靶向的Fe₃O₄杂化纳米平台的合成示意图（a）和该纳米平台对肿瘤细胞特异性靶向实验（共聚焦显微镜成像图片b、c和d，流式细胞术分析结果e）

3、多功能Fe3O4杂化纳米平台在多功能成像中的应用

文章总结了修饰后的Fe₃O₄纳米颗粒可以搭载多种成像单元（如钆，锰，金，微纳米囊泡等），并用于T₁加权的磁共振成像、T₂加权的磁共振成像、T₁/T₂双模态磁共振成像、磁共振/CT双模态成像、磁共振/超声双模态成像等分子影像领域。如图3，Cai等人将聚谷氨酸、聚赖氨酸和树状大分子（叶酸修饰且包裹Au纳米颗粒的）组装在Fe₃O₄纳米颗粒表面，再通过进一步还原氯金酸的方式富集更多Au纳米颗粒在Fe₃O₄纳米颗粒表面，最终构建的多功能Fe₃O₄杂化纳米平台能够实现对肿瘤的靶向磁共振/CT双模态成像。

图3 树状大分子包被的叶酸靶向的Fe₃O₄/Au杂化纳米平台的合成示意图（a）和该纳米平台用于靶向肿瘤磁共振/CT双模态成像的图片（CT成像b，磁共振成像c）

4、多功能Fe3O4杂化纳米平台在癌症诊疗中的应用

文章分别介绍了负载光敏剂、光热剂、化疗药物、基因后的Fe₃O₄杂化纳米平台用于磁共振成像、光声成像、CT成像和正电子发射计算机断层成像等影像学技术指导下的光热治疗、光动力治疗、化学药物治疗、基因治疗等。如图4，Li等人在水热法的基础上合成聚乙烯亚胺包被的Fe₃O₄纳米颗粒，随后将Ag纳米颗粒还原在其表面，制备的Fe₃O₄/Ag复合纳米颗粒可以介导星形纳米Au壳在Fe₃O₄纳米颗粒表面生长。最终制备的星形Fe₃O₄/Au杂化纳米平台的表面等离子体共振峰出现在近红外区域，因此该杂化纳米平台不仅可以于肿瘤的磁共振/CT双模态成像，而且还可以用于肿瘤的光热治疗。

图4 星形Fe₃O₄/Au杂化纳米平台的合成示意图（a）和该纳米平台的Uv-vis (b)、TEM (c-f)、XRD (g)表征结果

5、多功能Fe3O4杂化纳米平台在磁热疗放大的联合治疗中的应用

基于磁滞现象，Fe₃O₄杂化纳米平台在交变磁场中会产生热量，可以进而诱导肿瘤细胞的凋亡。文章举例论证了具有独特磁热性能的Fe₃O₄杂化纳米平台可以有效地放大光热治疗和光动力治疗的效果。

6、结论和展望

该综述总结了构建多功能Fe₃O₄杂化纳米平台用于肿瘤的诊断和治疗的最新进展。重点强调了：（1）Fe₃O₄纳米颗粒可修饰或负载多种多样的生物分子或诊疗试剂；（2）选择合适的合成和修饰手段可有效地提高Fe₃O₄杂化纳米平台对肿瘤的诊疗效果；（3）多模态成像平台的构建；（4）肿瘤诊疗平台的构建等。

该综述认为，尽管现在科学家们在多功能Fe₃O₄杂化纳米平台的构建及潜在医学应用研究上取得了非常多的鼓舞人心的进展，但是，在该纳米平台应用于临床疾病诊断和治疗之前，未来应该加大以下几个方面的研究：（1）进一步评估基于不同尺寸、形貌、电荷和表面包覆材料等物理化学性质的多功能Fe₃O₄杂化纳米平台的生物相容性和体内组织分布情况；（2）进一步提高多功能Fe₃O₄杂化纳米平台特异性地富集在病灶的能力（即靶向病灶的能力）；（3）多功能Fe₃O₄杂化纳米平台无副作用，且在实现诊断和治疗目的后能够被机体彻底清除。

相关工作得到国家自然科学基金、上海市教委上海高校特聘教授（东方学者）跟踪支持计划、中法蔡元培项目等的支持。

硕士生胡勇为第一作者，沈明武教授和史向阳教授为共同通讯作者。

【文献信息】

原文链接：Construction of iron oxide nanoparticle-based hybrid platforms for tumor imaging and therapy (Chem. Soc. Rev., 2018, DOI: 10.1039/c7cs00657h). 

本文由东华大学史向阳教授团队供稿，材料牛编辑整理。

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