Adv. Mater. 温和溶液制备超小功能化Cu2−xSe纳米颗粒作为癌症多模式造影导向光热治疗的诊疗剂

【引言】

2016年8月25日，Advanced Materials网站在线发表了题为”Ambient Aqueous Synthesis of Ultrasmall PEGylated Cu2−xSe Nanoparticles as a Multifunctional Theranostic Agent for Multimodal Imaging Guided Photothermal Therapy of Cancer”的文章。该文章的第一作者是苏州大学的S. Zhang，通讯作者为苏州大学的Z. Li。这篇文章的主要工作是利用温和的溶液合成路线制备了多模式造影导向的光热纳米诊疗剂。

【成果简介】

近年来，从能源领域如热电转换、锂离子电池到生物医学领域如光声造影、光热治疗等，铜的硫族化合物（Cu2−xE, E=S, Se，Te）以其复杂的晶体结构以及可变组分含量等性质受到研究人员的广泛关注。特别是在生物诊疗方面，相较起传统的光热试剂，Cu2−xE由于铜缺乏（copper deficiency）引起的在近红外范围的局域表面等离激元共振（LSPRs）能够实现更小尺度的纳米结构。除此之外，铜和硒拥有较高的X射线衰减系数（attenuation coefficient），在CT造影方面有着巨大的研究潜力，然而目前关于超小Cu2−xSe纳米颗粒的研究却还未展开。

苏州大学的研究人员利用温和的水溶液来发展制备具有水溶性和生物相容性特点的超小Cu2−xSe纳米颗粒。这种颗粒的粒径在3.6 ± 0.3 nm范围内，可用于包括光声（PA）、计算机断层扫描（CT）以及单光子发射计算机断层扫描（SPECT）在内的多种造影模式。据研究人员介绍，尺度在5nm以下、用于高效多模式造影导向光热治疗的Cu2−xSe纳米材料目前还未见诸报道。

【图文导读】

方案1：多功能Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒的合成及其在光声造影、CT造影、SPECT造影以及癌症光热治疗中的应用

图1：Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒的表征

a)透射电子显微图像；      b)高分辨透射电子显微图像；

c)XRD图像比较；              d)铜原子的高分辨XPS谱分析；

e)水合粒径；                      f)不同铜浓度下的纳米颗粒水溶液的紫外-可见-近红外吸收谱。

图2：Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒的体外性能测试

a)808纳米激光照射下，不同铜浓度条件下Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒水溶液分散体光热升温曲线；

b)08纳米激光照射下，不同铜浓度条件下Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒水溶液分散体的红外热图像；

c)不同Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒浓度培养液培养24小时后的4T1细胞的细胞活性；

d)不同铜浓度Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒溶液中，经过体外光热消除的4T1细胞的荧光图像。

图3：Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒的体内造影性能测试

a)Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒(500 μg mL−1, 200 μL)尾静脉注射前后不同时间点的体内肿瘤光声图像；

b)Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒(2.5mg mL−1, 200 μL)瘤内注射后的体内肿瘤CT图像；

c)静脉注射Cu2-xSe-PEG-99mTc溶液后的体内SPECT图像；

d)静脉注射Cu2-xSe-PEG-SH后的纳米颗粒血液循环分析

e)静脉注射Cu2-xSe-PEG-SH后的纳米颗粒体内生物分布图；

图4：Cu2-xSe-PEG-SH纳米颗粒的体内肿瘤光热治疗

a)纳米颗粒(500 μg mL−1, 200 μL)静脉注射以及808纳米波长激光照射治疗后的肿瘤红外热学图像；

b)纳米颗粒(500 μg mL−1, 200 μL)静脉注射以及808纳米波长激光照射治疗后的肿瘤温度曲线；

c)治疗3天以后的小鼠肿瘤部位的H&E染色切片；

d)归一化到原始肿瘤体积的相对肿瘤体积统计图；         e)小鼠存活曲线。

【小结】

该文章报道的组分可变的超小纳米颗粒，在体内和体外实验中均表现出优异的肿瘤诊疗性能。如在光声造影和光热治疗中表现出高效的光热转换效率；在CT造影中表现出高X射线衰减系数。由此，研究人员认为经过PEG功能化的Cu2−xSe纳米颗粒是实现癌症多模式诊疗的理想材料。

本文由材料人生物材料学习小组陈世雄供稿，材料牛编辑整理。

文献链接：Ambient Aqueous Synthesis of Ultrasmall PEGylated Cu2−xSe Nanoparticles as a Multifunctional Theranostic Agent for Multimodal Imaging Guided Photothermal Therapy of Cancer（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602193）

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