ACS Nano：武大利用碳点修饰C3N4制备裂解水的纳米颗粒提高PDT对肿瘤疗效

【引言】

光动力疗法（PDT）是指光敏剂利用O2产生活性氧簇（ROS）来治疗癌症，PDT的治疗过程非常依赖O2的含量，但是肿瘤内往往是缺氧的，所以PDT的治疗肿瘤的效果不佳。加上PDT治疗过程消耗了原本就很少的O2，使得肿瘤更加容易扩散和产生抗药性。为了解决这一难题，可以直接在肿瘤中产生O2，但是目前使用的方法产生的O2的含量非常有限。

在自然界中，叶绿体可以利用光将H2O转化为O2，受到光合作用的启发，人们已经开发出很多可以利用太阳光裂解水的材料，但是这些材料还没有被应用到生物医学中。

【成果简介】

武汉大学化学系，生物医用高分子材料教育部重点实验室的张先正教授（通讯作者）等人将能够裂解水的材料C3N4应用到提高PDT治疗效果中，他们首先用碳点（carbon dots）修饰C3N4，再将PpIX-PEG-RGD吸附在C3N4上，其中PpIX为光敏剂，能利用O2产生ROS；RGD具有靶向作用；PEG起到连接PpIX和RGD的作用，所得最终的颗粒用PCCN代表。经碳点修饰后，C3N4能够吸收红光（630nm）来裂解水产生O2，随后PpIX将一部分O2转化为ROS。这种材料不仅能够提高肿瘤中的O2水平以提高PDT疗效，还能够降低肿瘤扩散的风险。

【图文导读】

图1  PCCN的结构以及其利用630nm激光裂解水增强PDT疗效的示意图

（Ⅰ）用碳点修饰C3N4； （Ⅱ）C3N4吸附PpIX-PEG-RGD得到PCCN； （Ⅲ）细胞吸收PCCN（Ⅳ）激光驱动裂解水产生O2以及O2提高PDT效果杀死癌细胞

图2  C3N4、 CCN 、PCN和 PCCN等颗粒的图谱表征及其产生O2和ROS的果对比

（a）C3N4裂解水的示意图；

（b）C3N4、 CCN 和 PCCN的紫外-可见光吸收光谱；

（c）CCN和PCCN的尺寸分布；

（d）CCN和PCCN的XPS谱；

（e） C3N4、 CCN、PCN 和 PCCN产生O2的曲线；

（f）PCCN、 PCN、CCN 和PpIX在缺氧和氧正常情况下产生ROS的效率。

图3 不同纳米颗粒的效果对比（a）不同颗粒改善缺氧状况和产生ROS的情况；

（b）不同条件下4T1细胞ROS-ID™和DCFH-DA的平均荧光强度；

（c-e）在缺氧和正常情况下用不同颗粒治疗时细胞存活率与浓度的关系，(c)PCN，(d)PpIX ，(e)PCCN

图4 小鼠体内PCCN分布

（a）注射PCCN后不同时间的荧光图；

（b）用CT 技术重建的PCCN 三维分布图；

（c）肿瘤、心、肝、脾、肺、肾中PCCN的体外荧光图；

（d）用PCCN治疗后肿瘤、肺、肝、脾的 CLSM 图。

文献链接：Carbon-Dot-Decorated Carbon Nitride Nanoparticles for Enhanced Photodynamic Therapy against Hypoxic Tumor via Water Splitting（ACS Nano，2016，DOI： 10.1021/acsnano.6b04156）

本文由材料人生物材料小组CZM供稿，材料牛编辑整理。

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