复旦大学Nat. Commun.：上转换纳米复合材料通过精确控制微观温度来编程组合癌症治疗

【引言】

组合癌症疗法需要使用不止一种治疗模式来治疗患者，因而能够展现出更好的癌症治疗作用以减少复发。目前，化疗、放疗、光热疗法和光动力治疗等多种治疗方法已经被应用在癌症治疗中，其中将化疗与光热治疗结合起来治疗癌症是最常见的。但是，化疗与光热治疗的调度及其如何影响癌症治疗效果还没有被深入研究，主要的挑战在于实现两种治疗模式的顺序控制。

【成果简介】

近日，复旦大学李富友教授课题组设计了一种温度敏感的上转换纳米复合材料用于化疗-光热治疗组合治疗，并通过监测上转换发光纳米复合材料的微观温度，光热效应可以实现热触发的、先光热治疗后化疗的组合癌症疗法。研究还发现，在化疗药物和热量的保持在相同水平的条件下，组合疗法能够获得更好的治疗效果。该成果以题为"Upconversion nanocomposite for programming combination cancer therapy by precise control of microscopic temperature"发表在Nature Communications上。

【图文导读】

图1 编程的组合疗法示意图

图2 纳米复合材料的形貌表征

(a) NaLuF₄:Yb,Er的TEM图片；

(b) NaLuF₄:Yb,Er@NaLuF₄的TEM图片；

(c) NaLuF₄:Yb,Er@NaLuF₄@SiO₂的TEM图片;

(d) NaLuF₄:Yb,Er@NaLuF₄@Yolk Shell-SiO₂的TEM图片。

图3 TR-UCNS的光学和温度传感特性

(a) 水溶液中相同Er³⁺ 溶度条件下YSUCNP、YSUCNP-PdPc和YSUCNPPdPc@DPPC-DOX (TR-UCNS)的上转换发光光谱；

(b) TR-UCNS 的吸收光谱；

(c) ln (I₅₂₅/I₅₄₅) 对1/T 的曲线来校准TRUCNS的温度标尺；

(d) 730纳米激光照射下水溶液中TRUCNS的视在温度与特征温度的升高曲线。

图4 TR-UCNS的药物释放行为

(a) 外部加热条件下TRUCNS水分散液的DOX释放行为；

(b) 730纳米激光照射条件下TRUCNS水分散液随着时间的DOX释放速率。

图5 本征温度感应和细胞水平的药物释放

(a) MIA PaCa-2细胞内ln (I₅₂₅/I₅₄₅) 对1/T 的曲线来校准TRUCNS的温度标尺；

(b) 730纳米激光照射下TRUCNS标记细胞的视在温度与特征温度升高曲线；

(c) 730纳米激光照射下TRUCNS标记细胞在光热触发化疗中的温度成像和发光成像；

(d) 730纳米激光照射下TRUCNS标记细胞在光热疗法中的温度成像和发光成像。

图6 细胞水平上编程组合治疗

(a) 编程组合治疗的示意图；

(b) YSUCNP-PdPc@DPPC-DOX 标记的MIA PaCa-2 PPI细胞的甲基噻唑基四唑测定。

图7 小鼠体内本征温度感应和编程组合治疗

(a) 组织幻影内ln (I₅₂₅/I₅₄₅) 对1/T 的曲线来校准TRUCNS的温度标尺；

(b) 730纳米激光照射下利用光纤光谱仪检测的荷瘤小鼠内TR-UCNS的上转换发光光谱；

(c) 治疗后不同组小鼠肿瘤的生长情况；

(d) 编程组合治疗的荷瘤小鼠的典型照片。

 【小结】

本文报道了一和温度响应的上转换纳米体系，同时包载了化疗药物和光热剂。利用730纳米激光可以诱发上转换纳米复合材料产生光热效应，进而实现热触发的药物释放，而且编程组合治疗效果也在小鼠体内得到验证。总之，该工作发展了一种非侵入的方法来精确调节化疗和光热治疗的联合过程，不仅实现了每种治疗模式的充分利用，还为开发下一代癌症治疗策略提供了研究思路。

文献链接：Upconversion nanocomposite for programming combination cancer therapy by precise control of microscopic temperature  (Nat. Commun. 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-04571-4)

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