ACS Nano：O2气泡的内源性催化用于原位超声诱导的高强度聚焦超声消融

【背景介绍】

由于精确度高，经济效益高，成本低廉等特点，非侵入性肿瘤消融（例如射频消融，微波消融，激光消融，高强度聚焦超声消融（HIFU））已经成为某些癌症患者的首选治疗方法。超声诱导的HIFU（US-HIFU）消融由于其具有优异的组织穿透深度和实时监测特征，已经显示出其在临床癌症手术中的巨大潜力和优势。

【成果简介】

近日，来自中国科学院上海硅酸盐研究所的陈航榕研究员和施剑林研究员（共同通讯）等人通过整合树突状结构的介孔有机硅纳米颗粒（MONs）和固定在MONs的大孔通道中的过氧化氢酶，开发了多尺度杂化催化纳米反应器（过氧化氢酶MONs，缩写为C@M）作为肿瘤敏感对比剂和协同剂（C＆SA）MONs）用于超声诱导的HIFU癌症手术治疗中。这种杂化纳米反应器对H₂O₂表现出敏感的催化活性，即使与10μMH₂O₂一起温育，也以相对温和的方式促进O₂连续的产生。通过增强渗透性和保留作用，可以在富含H₂O₂的肿瘤区域内积累C@M纳米粒子，实现超声成像的持久对比度增强，并且在相对低的功率下在体内进行高效肿瘤消融。相关成果以题为“Endogenous Catalytic Generation of O₂ Bubbles for In Situ Ultrasound-Guided High Intensity Focused Ultrasound Ablation”发表在了ACS Nano上。

【图文导读】

图1 MONs的TEM图像、FTIR谱、拉曼光谱分析

a-c）不同放大倍数MONs的TEM图像

d）N₂吸附-解吸附等温线

e）MONs的FTIR谱

f）BTES和MONs的拉曼光谱

图2 吸收光谱、动态光散射

a）MONs已经在过氧化氢酶溶液中浸润了不同时间段的上清液的吸收光谱

b）在相同条件下在MSNs和MONs中过氧化氢酶固定后上清液的吸收光谱

c）MONs和过氧化氢酶MONs@的动态光散射（DLS）和ζ电位结果

d）分散在PBS中的MONs和过氧化氢酶@MONs的数码照片

e）分别在不同c浓度下的游离过氧化氢酶和过氧化氢酶@MONs的体外B模式超声成像

f）游离过氧化氢酶和过氧化氢酶@MONs向H₂O₂分解的催化反应动力学

图3 体外超声图像

a）在注射生理盐水，H₂O₂，C@M，C@M + H₂O₂之前和之后透明体模的体外超声图像

b）不同治疗组超声图像的相应平均灰度值

c）在注射生理盐水，H₂O₂，C@M，C@M + H₂O₂后透明体模的数码照片

d）不同组注射和HIFU暴露后相应的消融量（n = 3）

e）H₂O₂评估过程的示意图

【总结】

该团队开发了多级杂交催化纳米反应器，即过氧化氢酶@MONs（C@M），作为用于超声诱导的HIFU癌手术的对比剂和协同剂，其集成了树突状结构的介孔有机硅纳米颗粒和过氧化氢酶。更重要的是，这种不含全氟化碳的杂化纳米反应器实现了没有HIFU预刺激的肿瘤敏感性的功能，这使得HIFU手术对于未来的临床应用来说更加精确和有效。

文献链接：Endogenous Catalytic Generation of O2 Bubbles for In Situ Ultrasound-Guided High Intensity Focused Ultrasound Ablation（ACS Nano,2017,DOI：10.1021/acsnano.7b03772）

本文由材料人生物材料组Allen供稿，材料牛编辑整理。

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