中山大学梅林教授Adv. Mater.：一种新型的超薄二维硼纳米薄片在多模态成像辅助癌症治疗中的应用

【引言】

二维纳米材料因为独特的物理化学性质而在各个领域都受到了广泛的关注，比如电子材料、光电材料和能源材料。而二维材料中的某些材料在生物检测、组织工程和癌症纳米药物等方向也吸引了许多科学家的关注。其中，硼因为较高的化学稳定性、热电性、局部离子键和超导性，在二维材料中的得到了广泛的关注。但是由于硼的体相并不存在类似其他二维材料（石墨烯、黑磷等）的层状结构，严重限制了二维超薄硼纳米片的高效率制备以及在各个领域的实际应用。

【成果简介】

近日，中山大学梅林教授课题组与哈佛大学医学院施进军教授和深圳大学张晗教授课题组合作，结合高温氧化刻蚀与液相剥离技术，开发了一种自上而下高效率制备超薄二维硼纳米片的方法，并基于PEG接枝的硼纳米薄片，发展了一种集多模式成像（荧光、光热、光声成像）与多手段治疗（光热、化疗）于一体的新型肿瘤诊疗体系。此体系在癌症治疗和成像方面表现出诸多优良的特点，包括：1)近红外光热转换效率高达42.5%；2)较高的药物负载能力，且可被近红外光和弱酸性环境触发药物释放；3)在肿瘤位点富集；4)多模态精准成像；5)高效的肿瘤清除能力和极佳的生物相容性。这个工作是目前为止第一个报道自上而下制备超薄二维硼纳米薄片，且将其应用在了多模态成像辅助的肿瘤治疗中。该成果以题为"A Novel Top-Down Synthesis of Ultrathin 2D Boron Nanosheets for Multimodal Imaging-Guided Cancer Therapy"发表在Adv. Mater.上，第一作者为中山大学姬晓元研究员。

【图文导读】

图1. 超薄二维硼纳米薄片的制备和表征

(a-d).TEM图

(e-h).HRTEM图

(i-l).AFM图

(m-p).XPS谱图

图2. 硼纳米薄片用于载药的表征

(a).分散性

(b).XPS谱图

(c).红外谱图

(d).紫外-可见光-近红外吸收谱图

(e).在808nm激光照射下水和B-PEG NSs的光热加热曲线

(f).激光关闭以后，时间和-InΘ之间的线性关系

(g).B-PEG NSs光热转换效率稳定性

(h).B-PEG/DOX NSs的STEM-EDS成像

(i).B-PEG/DOX NSs在不同DOX浓度的紫外-可见光-近红外吸收

(j).DOX负载效率

(k).不同pH环境的DOX释放

图3.细胞实验

(a).不同细胞与B-PEG NSs共同培育48h后的细胞存活率

(b). 不同细胞与B-PEG NSs共同培育，在808nm激光照射10分钟，4h后的细胞存活率

(c).MCF-7经过不同处理后的细胞存活率

(d).活死细胞染色图

图4.硼纳米薄片的活体成像，体内分布和癌症治疗效果

(a).在注射24h后，肿瘤和主要器官的荧光图

(b).自由Cy5.5或Cy5.5标记的B-PEG NSs在老鼠中的半定量分布

(c).不同浓度的体外光声成像

(d).在注射后不同时间后的肿瘤光声成像图

(e).PA信号和浓度的线性关系

(f).d图中PA信号的数值

(gh).不同处理后的近红外热成像和温度随时间的变化

(i).经过不同处理后，肿瘤的生长曲线

(j).处理14天后，肿瘤的照片

(k).老鼠的体重变化

图5.体内毒性分析

【小结】

在这个工作中，作者基于PEG接枝的硼纳米薄片，发展了一种新型药物传递的方法。这种方法癌症治疗和成像方面表现出诸多优良的特点，包括：1)近红外光热转换效率高达42.5%；2)较高的药物负载能力，且可被近红外光和弱酸性环境触发药物释放；3)在肿瘤位点聚集；4)多模态成像(光声成像、光热成像和荧光成像)；5)完全的肿瘤清除能力和生物相容性。这个工作是目前为止第一个报道从上往下制备超薄二维硼纳米薄片，且将其应用在了多模态成像辅助药物释放中。

文献链接：A Novel Top-Down Synthesis of Ultrathin 2D Boron Nanosheets for Multimodal Imaging-Guided Cancer Therapy(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201803031)

【团队介绍】 

本团队以梅林教授为学科带头人，包括特聘研究员2人、副教授1人、博士后1人、在读博士生3人和在读硕士生7人，以分子药剂学、生物材料、药物递送系统和缓控释制剂为主要研究方向。目前已经在PNAS、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Biomaterials和Advanced Drug Delivery Reviews等期刊发表SCI论文80余篇，其中ESI高被引论文9篇和热点论文1篇。

梅林，中山大学“百人计划”教授、博导。复旦大学药学本科，北京协和医学院(清华大学医学部)博士和新加坡国立大学博士后。获广东省自然科学杰出青年基金，入选教育部新世纪优秀人才、广东特支计划百千万工程青年拔尖人才、深圳市地方级领军人才、深圳市海外高层次人才（孔雀计划）B类和南山区领航人才，荣获全国优秀博士学位论文提名奖、深圳市青年科技奖和深圳市自然科学奖二等奖。任第五届南山区政协委员、民盟深圳市科技创新委员会委员、民盟南山总支大学城支部副主委、南山区政协智库专家。获得国家自然科学基金面上和青年基金项目、广东省科技计划、广东省杰出青年科学基金、广东省自然科学基金、中国博士后科学基金特别资助和一等资助等各类项目20余个。担任Scientiifc Reports编委，药学学报、Acta Pharmaceutica Sinica B和Chinese Chemical Letters青年编委。

团队在该领域的工作汇总（代表性论文5篇）

1、Tao W, Zhu X, Yu X, Zeng X, Xiao Q, Zhang X, Ji X, Wang X, Shi J*, Zhang H*, Mei L*. (2017) Black phosphorus nanosheets as a robust delivery platform for cancer theranostics. Adv Mater., 29 (1): 1603276. doi: 10.1002/adma.201603276. （ESI热点论文）

2、Wei Cheng, Junpeng Nie, Nansha Gao, Gan Liu*, Wei Tao, Xiaojun Xiao, Lijuan Jiang, Zhigang Liu, Xiaowei Zeng*, Lin Mei*, A multifunctional nanoplatform against multidrug resistant cancer: merging the best of targeted chemo/gene/photothermal therapy, Advanced Functional Materials 2017；27（45）: 1704135.

3、 Zeng X, Liu G, Tao W, Ma Y, Zhang X, He F, Pan J*, Mei L*, Pan G*. (2017) A drug-self-gated mesoporous antitumor nanoplatform based on pH-sensitive dynamic covalent bond. Adv. Funct. Mater., 27: 1605985.（ESI高被引论文）

4、Zeng X, Luo M, Liu G, Wang XS, Tao W, Lin Y, Ji XY, Nie L, Mei L*. Polydopamine-modified black phosphorous nanocapsule with enhanced stability and photothermal performance for tumor multimodal treatments. Advanced Science 2018, 1800510. DOI: 10.1002/advs.201800510.

5、Wei Cheng, Chaoyu Liang, Lv Xu, Gan Liu, Nansha Gao, Wei Tao, Lingyan Luo, Yixiong Zuo, Xusheng Wang, Xudong Zhang, Xiaowei Zeng*, and Lin Mei*, TPGS-functionalized polydopamine-modified mesoporous silica as drug nanocarriers for enhanced lung cancer chemotherapy against multidrug resistance, Small 2017; 13: 1700623.

本文由材料人学术组gaxy供稿，材料牛整理编辑。  

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