JACS：金属卟啉包裹的可生物降解纳米系统用于核磁引导的声动力肿瘤治疗

 【背景简介】

光动力疗法（PDT）利用光激发光敏剂来产生活性氧簇从而杀死癌细胞，但是光的穿透深度太低，从而限制了其临床转化。声动力疗法（SDT）是利用超声波来产生活性氧来治疗癌症，最大的优点是超声波的穿透深度高。

【成果简介】

最近上海硅酸盐研究所的施剑林（通讯作者）、陈雨（通讯作者）和上海科技大学的朱钰方（通讯作者）等人利用中空的介孔有机二氧化硅（HMONs）加载金属卟啉（HMONs-MnPpIX）实现了高效的SDT治疗效率。由于金属卟啉中有锰离子，这种纳米颗粒还可以进行核磁共振成像。这种系统的药物加载量高，很容易被生物降解以及具有很好的生物相容性。

【图文导读】

图1 纳米颗粒的制备以及其治疗机理

（a）合成 HMONs-MnPpIX-PEG的示意图；

（b）将金属卟啉嫁接到HMONs内表面的详细步骤；

（c）将金属卟啉共价地嫁接到孔内的示意图；

（d）HMONs-MnPpIX-PEG的血液运输和肿瘤富集以及其SDT效率。

图2 TEM和SEM表征

SiO₂@MONs 、HMONs、HMONs-PpIX和HMONs-MnPpIX-PEG不同放大倍数下的TEM图和SEM图（1、2为TEM，3、4为SEM），a₁、b₁、c₁和d₁中的内置图为相应的表示其丁达尔效应的光学图。

图3光谱分析和孔径分布

（a）SiO₂@MONs、 HMONs、HMONs-NH₂、 HMONs-PpIX 和HMONs-MnPpIX的紫外可见光谱；

（b）SiO₂@MONs、 HMONs、HMONs-NH₂、 HMONs-PpIX 和HMONs-MnPpIX的ζ电位;

（c）HMONs 和HMONs-MnPpIX 的N₂等温吸附曲线；

（d）HMONs 和HMONs-MnPpIX 的的孔径分布；

（e）HMONs-MnPpIX的XPS光谱；

（f）有和没有超声波处理的HMONs-MnPpIX的ESR谱。

图4 HMONs-MnPpIX-PEG 的结构演化过程

HMONs-MnPpIX-PEG (0.1mg/mL) 在含不同浓度GSH的SBF不同时间的TEM图，表明其在生物降解过程中的结构演化。

图5 HMONsMnPpIX-PEG的生物降解

注射不同时间后HMONsMnPpIX-PEG 在4T1癌细胞中的生物降解和结构演化

 图6 核磁共振信号

（a）不同锰离子浓度在核磁共振中的T1信号；

（b）Δ1/T1与锰离子浓度的关系 ；

（c、e）注射HMONs-MnPpIX-PEG前含有4T1癌细胞小鼠的T1核磁共振信号；

（d、f）注射HMONs-MnPpIX-PEG后含有4T1癌细胞小鼠的T1核磁共振信号；

（g、h）注射HMONs-MnPpIX-PEG前和后的核磁共振强度；

（i）锰离子在介孔中的高分散示意图。

图7 CLSM图与细胞存活率

4T1细胞与HMONs-MnPpIX-PEG共培养不同时间后的CLSM图（a）4h（b）8h，（c-f）不同处理后经DCFH-DA 染色的4T1细胞的CLSM图，（g-j）不同处理后用 calcein AM 和PI染色的4T1癌细胞的CLSM图（绿色：calcein AM代表活细胞，红色：PI代表死细胞），（k）用不同浓度的HMONs-MnPpIX-PEG处理24小时后4T1细胞的存活率，（l-n）在不同浓度HMONs-MnPpIX-PEG下用超声波处理不同时间 (l: 30 s, m: 90 s, n: 120 s)后4T1细胞的存活率。

图8 SDT治疗效果分析

（a）体内SDT治疗的模型；

（b）不同处理下肿瘤体积与喂养时间的关系；

（c）最终的肿瘤质量；

（d-g）肿瘤光学图；

（h-k）用不同染料染色的肿瘤切片。

文献链接：Metalloporphyrin-encapsulated Biodegradable Nanosystems for Highly Efficient MRI-Guided Sonodynamic Cancer Therapy（JACS, 2017, DOI: 10.1021/jacs.6b11846）

本文由材料人生物材料组陈昭铭供稿，材料牛编辑整理。

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