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郑大一附院张翼、上海药物所程震、南邮孙鹏飞 CEJ:开发双模态成像纳米平台指导原位骨肉瘤的NIR-II光热治疗

时间:2022-05-12 来源: 浏览:

郑大一附院张翼、上海药物所程震、南邮孙鹏飞 CEJ:开发双模态成像纳米平台指导原位骨肉瘤的NIR-II光热治疗

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收录于合集
#半导体聚合物 2 个
#近红外二区荧光成像 1 个
#近红外二区光声成像 1 个
#近红外二区光热治疗 1 个
#原位骨肉瘤 1 个

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骨肉瘤   ( OS) 是 骨骼系统 最常见的原发恶性肿瘤,局部破坏性 强且 转移 率高,目前临床针对 骨肉瘤 的治疗周期长,副作用大 。作为一种 极具潜力 的 新型 抗肿瘤 技术 ,光热疗法   ( PTT )   取得了重大进展 。尤其是 具有 近红外二区 ( NIR-II ,  1000-1700nm )   吸收的光热 治疗,已成为近期关注的 领域 热点。与 传统 近红外一区 (NIR-I, 700-900 nm) 吸收的 P TT 相比, NIR-II 光热治疗对 正常组织的光毒性可以忽略不计 , 穿透 深度 更深, 可 产生更有效的 治疗效果 。特别是, NIR-II 光热剂 可以潜在地实现具有高对比度和 深穿透力 的 NIR-II 光声成像   (NIR-II PAI ) ,从而可用于精确诊断和高效 治疗位于 深部组织的肿瘤 。
尽管 NIR-II 光声成像 具有深度穿透 的 优势,但其时空分辨率和灵敏度仍 存在局限性 。作为 另 一种新型的无创成像方式, NIR-II 荧光成像   (NIR-II FI )   由于其高灵敏度 、优异的时空分辨率以及 保真度, 已广泛应用于多种临床前疾病的研究以及临床试验中 。 课题组前期工作报导 了 多种 NIR-II FI 的纳米 体系在临床前疾病中的诊疗工作 。考虑到 NIR-II FI 和 NIR-II PAI 的灵活性和兼容性,将它们结合起来以实现双模 态治疗导航,有望在深部肿瘤方面可发挥更强大的优势。然而 ,目前 关于此类双模态成像 纳米平台 的开发工作 仍处于起步阶段。
基于以上背景, 郑 州大学 一附院张翼教授 、 中科院上海药物所程震教授 、 南 京邮电大学 孙鹏飞教授 进行合作, 利 用 BBT 作为受体单元, BT 作为强给体单元,引入中位给体单元 2TC ,抑制非辐射衰变, 最终设计 合成 了 一种新型半导体聚合物 P2 ,并用 D SPE- m PEG 2 000 -RGD 进一步将其包裹,最终 构建诊疗一体化纳米平台 P2NP s , 研究成果发表于《 C hemical  E ngineering  J ournal 》 。该纳米平台 具有优异的 NIR-II 荧光、 优异 的 NIR-II 光声 信号和 1 064 nm 激活下显著 的局部热疗能力。在 1064nm 激光下, P2NP s 对 骨肉瘤细胞 143B 具有显著的 靶向能力及 PTT 效应。 体内 小鼠模型中, 通过优异的 NIR-II FI/NIR-II PAI 双模 态成像引导, P2NP s 可有效发挥光疗作用对抗 皮下和原位 骨肉瘤 , 同时 体内 生物安全性良好 。因此,这些 结果 证明 P2NP s 可作为极具潜力的诊疗一体化 纳米平台, 发挥 双模 态 NIR-II FI/NIR-II PAI 引导 下的原 位肿瘤治疗,为 肿瘤及 其他疾病的 诊 疗提供了一种新方法。
该论文第一作者为郑大一附院骨科李岱峰博士,共同第一作者为郑大一附院骨科张弛教授,通讯作者为 郑 州大学 一附院 骨科 张翼教授 、 中科院上海药物所 分子影像中心 程震教授 与 南 京邮电大学 孙鹏飞教授 。 该研究受到了国家自然科学基金 ( 82102588 ), 中国博士后基金 ( 2020TQ0281 ,  2021M700130), 郑州大学创新团队优青人才项目,河南省卫健委优青项目 ( YXKC2020025) ,河南省自然科学基金杰青项目 ( 222300420072 ) ,江苏省自然科学基金 ( BK20201380 ) ,以及上海市重大科技项目等资助。
 

示意图: 1064 nm 激活的半导体聚合物纳米 平台 用于 NIR-II FI/NIR-II PAI 双模态引 导的原位 骨肉 瘤治疗。
 

图 1 : 共聚物的合成和表征。 ( a )  P1 、 P2 和 P3 的合成方案。 ( b) P1 、 P2 和 P3 在 THF 中的吸收光谱。 ( c )  THF 中 P1 、 P2 和 P3 的荧光发射光谱。 ( d )   在 THF 中,相同水平的 P1 、 P2 和 P3 的 NIR-II 荧光图像和匹配信号强度。 激光 : 808 nm , LP 滤光片: 1064 nm 。
 

图 2 : P2NP s 的 表征 。 (a )  P2NPs 在不同时间点的流体 动 力学 表征 。 ( b )  P2NPs 在不同介质中的流体 动 力学 表征 。 ( c) P2NPs 的 TEM 。 ( d )  P2NPs 在水中的吸收和发射光谱 。 ( e )  1064 nm 激光下 P2NPs 的光热转换   ( 1.0 W cm -2 ) 。 ( f )  1064nm 激光下的光热稳定性   ( 1.0 W cm -2 ) 。 ( g )  1064 nm 激光下 P2NPs 的 光声信号。 (h )  P2NPs 的 PA 信号随着浓度的增加而线性增强。
 

图 3 : 体外骨肉瘤细胞的 NIR-II 光热治疗 。 ( a)  143B 细胞中 P2NPs 的细胞摄取行为。 ( b )  P2NPs 的光毒性。 ( c )   各治疗方式对 143B 细胞的流式细胞 仪分析 。 (d )   各治疗方式对 143B 细胞 AM/PI 共染色的共聚焦成像,标尺: 50 μm 。
 

图 4 : 体内 骨肉瘤 的双模 态成像 。 ( a )   在选定时间点 ( 红色圆圈表示肿瘤部位 ) 对皮下 143B 荷瘤小鼠进行体内 NIR-II 荧光成像 。 ( b)   肿瘤区域信噪比的定量分析。 ( c )   在选定时间点对 143B 荷瘤小鼠 的 NIR-II 光声成像 。 (d )   肿瘤区域的标准化 NIR-II PA 信号。 (e) 选择时间点 ( 红色圆圈表示肿瘤部位 ) 原位 143B 荷瘤小鼠的体内 NIR-II 荧光成像 。 ( f )   肿瘤区域信噪比的定量分析。 ( g )   在选定的时间点,原位 143B 荷瘤小鼠的体内 NIR-II 光声成像 。 ( h )   肿瘤区域的标准化 NIR-II PA 信号。
 

图 5 : 体内 骨肉瘤的 NIR-II 光热治疗 。 (a ) - ( b )   不同时间点皮下和原位 143B 荷瘤小鼠的热成像。 ( c ) -(d) 不同时间点的肿瘤部位温度。 (e) 不同治疗组皮下 143B 荷瘤小鼠的代表性照片。 ( f )   不同治疗组的皮下 143B 肿瘤生长曲线。 ( g )   不同治疗组的皮下 143B 肿瘤 离体 重量。 ( h )   不同治疗组皮下 143B 肿瘤小鼠的体重变化。 (i )   不同治疗组的原位 143B 肿瘤生长曲线。 ( j )   不同治疗组的原位 143B 肿瘤 离体 重量。 ( k )   不同治疗组   (n=6 )   切除的 143B 原位肿瘤的照片。 (l )   不同治疗后原位 143B 荷瘤小鼠的代表性照片以及原位肿瘤的相关组织学研究。标尺:   200 μm 。
 

图 6 : 体内 生物安全性 。 (a )   与对照组相比,注射 P2NPs 后 7 天和 30 天, ALT 、 AST 、 ALP 、 ALB 、 BUN 、 CREA 、 TP 和 TBIL 水平的生化参数没有显著变化。 ( b )   注射 P2NPs 后 7 天和 30 天,对照组和 P2NPs 治疗 小鼠的重要器官 的 组织学分析。比例尺: 100 μm 。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136836

作者简介

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通讯作者简介:
张翼 , 现任郑大一附院骨科副主任,医学博士 , 副主任医师,副教授, 硕士生导师 。 研究方向:骨肿瘤的发生发展机制及新型诊疗方法的应用。 河南省卫生健康学科带头人,河南省优秀科技专家。主持国家自然科学基金、河南省 自然科学基金优青项目 、河南省卫健委杰青 项目等 多项科研 基金, 发表 SCI 论文 20 余篇 , 获国家发明专利和实用新型专利 4 项 , 获省厅级科研成果奖 5 项 。
 
程震 , 现任中科院上海药物研究所分子影像中心 主任, 研究员, 博士生导师 。长期从事肿瘤分子影像和治疗药物、多模态分子探针的研制和开发。 至今 以通讯 作者 和第一作者发表 3 00 余 篇研究论文于 Nature N anotechnology 、 Nature Materials 、 Nature Biomedical Engineering 、 Science Translational Medicine 、 Nature Communications 、 JACS 、 A d vanced Materials 等世界 权威期刊 ,被引用次数 21000 余次 , 多篇论文工作被新闻媒体和专业杂志报道。
 
孙鹏飞 ,南京邮电大学 副教授,博士, 硕士 生导师。主要从事诊疗高分子材料的开发研究,具体研究方向包括近红外二区荧光高分子材料、近红外二区光声高分子材料 、 药物控制释放体系、多功能水凝胶等。以第一 / 通讯作者在 Advanced Functional Materials, Small, Chemical Engineering Journal, Biomaterials 等国际期刊发表论文 40 余篇 , 授权发明专利 10 项。
 
第一作者简介:
李岱峰 ,郑大一附院骨科主治医师 ,  留美博士 ,  临床医学博士后 ,硕士生导师 。 研究 方向:运动系统疾病的分子机制及纳米诊疗新方法。迄今以第一作者 和 通讯作者身份 ( 含共同 ) 在 Nature Biomedical Engineering 、 Advanced Functional Materials 、 Advanced Science 、 Chemical Engineering Journal 、 Frontiers in Pharmacology 、 Frontiers in Oncology 等国际权威学术刊物上发表 SCI 论文 10 余篇 。 目前主持国家自然科学基金、中国博士后基金特别资助 及 面上资助(一等)、省医学科技攻关省部共建重点项目、以及郑州大学创新团队 “ 优青人才 ” 项目等。
 
共同第一作者简介:
张弛 , 郑大一附院骨科 副主任 医师 ,  医学 博士 。研究方向:关节疾 病的 发病 机制 。发表 SCI 文章 6 篇, 目前主持 河南 省医学科技攻关省部共建重点项目 ,河南省教育厅高校重点科研项目,河南省科技厅科技攻关计划项目等多个省厅基金。

相关进展

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