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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

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

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。

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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