吉大林权教授团队ACS Cent. Sci. | 一石三鸟: 多功能纳米点作为“引航灯”指引肿瘤手术、增强放疗和近距离治疗
吉大林权教授团队ACS Cent. Sci. | 一石三鸟: 多功能纳米点作为“引航灯”指引肿瘤手术、增强放疗和近距离治疗
X-molNews
“X-MOL资讯”关注化学、材料和生命科学领域的科研，坚持“原创、专业、深度、生动”。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的最新论文，支持个性化浏览。
以下文章来源于ACS美国化学会 ，作者ACS Publications
ACS作为权威科学信息的主要来源，是全球化学企业、化学家、化学工程师和相关人员的职业家园。
英文原题： One Stone, Three Birds: Multifunctional Nanodots as “Pilot Light” for Guiding Surgery, Enhanced Radiotherapy, and Brachytherapy of Tumors
通讯作者： 林权教授、王铁君教授
作者： Ze Wang (王泽), Dongzhou Wang (王东洲), Xiaojun Ren (任晓俊), Zhongshan Liu (刘忠山), Annan Liu (刘安楠), Xingchen Li (李星辰), Lin Guan (关琳), Yannan Shen (申延男), Shunzi Jin (金顺子), Andrei V. Zvyagin, Bai Yang (杨柏), Tiejun Wang (王铁君)*, Quan Lin (林权)*
背景介绍
手术、放射治疗和近距离治疗是治疗肿瘤的关键方法。然而，不精确的肿瘤定位常常导致诸如手术切缘阳性、放疗靶体积扩大和对危及器官的辐射损伤等问题。降低危及器官的辐射损伤和提高放疗疗效是临床面临的关键挑战。 吉林大学化学学院林权教授团队 开发了一种多功能纳米诊疗平台Au/AgNDs，作为“引航灯”实时引导手术，高效放疗和近距离治疗，实现了“一石三鸟”的策略。
文章亮点
1
Au/AgNDs优异的双模式成像功能实现了精准放疗，最大限度地减少了X射线照射对危及器官损伤。此外，研究Au/AgNDs提高放疗增敏的机理：增强了电离辐射的能量沉积，增加细胞内活性氧(ROS)的生成，调节细胞周期，促进肿瘤细胞DNA损伤的形成，抑制肿瘤细胞DNA的修复，显著提高放疗疗效。
2
在近距离治疗中，Au/AgNDs的双模式成像效果提供的精确指导，解决了现有组织间插植近距离治疗的非可视化和多次调整插植针位置的挑战。同时提高了近距离治疗的效果。
3
Au/AgNDs出色的荧光成像能准确区分肿瘤与正常组织，使其可以成为辅助外科医生切除肿瘤的有力工具。
图文解读
图1. Au/AgNDs的合成及用于双模式成像引导肿瘤手术、增强放疗和近距离治疗示意图。
图2. Au/AgNDs增敏放射治疗的研究。(a) DCFH-DA染色的各治疗组ROS生成的荧光显微镜图像（比例尺:200 μm)。(b) 流式细胞术分析各治疗组ROS的生成。(c) JC-1染色的线粒体膜电位荧光显微镜图像(比例尺:200 μm)。(d)纳米体系和X射线辐照增强G2/M期阻滞示意图。(e)-(f) 流式细胞术分析各治疗组的细胞周期时相分布。
图3. Au/AgNDs增敏放射治疗的机制。免疫荧光法检测各治疗组中(a)γ-H2AX蛋白和(c)53BP1蛋白的表达 (比例尺:50 μ m)。各治疗组中(b)γ-H2AX和(d)53BP1焦点数的定量分析。(e)-(g) Western blot法检测及半定量分析各治疗组中γ-H2AX和Ku70蛋白的表达。
Au/AgNDs增强RT的机制是增加电离辐射能量沉积，增加细胞内ROS产生，降低线粒体膜电位，将细胞周期阻滞在G2/M期，促进DNA损伤形成，抑制DNA修复，从而显著提高RT疗效（图2、3）。
图4. FL/CT双模式成像引导精确放疗。(a), (c)体内注射AuNDs和Au/AgNDs后不同时间点的FL和CT图像。白色虚线表示肿瘤的位置。(b), (d)注射后不同时间点AuNDs和Au/AgNDs的FL和CT强度。各治疗组中小鼠的(e)肿瘤图像，(f)肿瘤体积和(g)体重变化。(h)各治疗组第14天，对肿瘤切片进行H&E染色(比例尺100 μm)、Ki67免疫组织化学染色(比例尺100 μm)、TUNEL染色(比例尺200 μm)。
由于难以准确定位肿瘤，用于杀灭肿瘤的电离辐射可能会损伤邻近的危及器官，对机体造成严重毒性。针对上述问题， Au/AgNDs可以作为"引航灯"，通过优异的双模式成像（荧光成像和CT成像）提高对肿瘤诊断的准确性。结合两种成像方式具有较高的空间分辨率、对比度和灵敏度，克服了单一技术的局限性，实现精确放疗。通过荷瘤裸鼠皮下移植瘤模型进一步证明了Au/AgNDs的放疗效果（图4）。
图5. FL/CT双模式成像引导组织间近距离治疗和FL影像引导肿瘤切除。(a)双模式成像介导的组织间近距离治疗示意图。(b)- (c) 组织间近距离治疗皮下荷瘤裸鼠模型的FL和CT成像。(d)组织间插植近距离治疗计划的冠状面剂量分布。(e)不同治疗组小鼠的肿瘤图像。(f)不同处理后的肿瘤切片H&E染色(比例尺:100 μm)。(g)FL介导的肿瘤切除示意图。(h) 手术切除皮下荷瘤裸鼠模型的FL图像。
组织间插植近距离治疗在技术上是一个复杂的侵入性操作。在没有实时成像引导的情况下，精确的插植针穿刺及排布操作具有挑战性。目前临床应用的CT引导下组织间插植近距离治疗，会使患者接受多次CT扫描，频繁改变插植针位置，增加电离辐射对人体的损伤。结合Au/AgNDs的FL和CT成像能力指导组织间插植近距离治疗是一种有前景的解决方案。注射Au/AgNDs后，肿瘤和正常组织之间有明显的分界。医生可在FL及CT成像引导下准确确定植入针的位置及深度。通过使用优异的纳米探针和放射增敏剂Au/AgNDs，实现了组织间插植近距离治疗过程中精确的实时引导，提高近距离治疗的效果，减少对危及器官的损伤（图5）。
在临床手术中，准确识别肿瘤组织和正常组织对于预防复发、减少不必要的扩大切除和避免正常组织的损伤具有重要意义。为了实现肿瘤的精准切除，FL影像引导手术在临床研究中受到了广泛关注。评估了Au/AgNDs在FL成像介导的手术切除中的应用。如图所示，注射Au/AgNDs后，肿瘤组织荧光明显，与正常组织边界清晰。借助FL成像的引导，医生能够在术中精确识别并完整切除肿瘤。通过充分发挥Au/AgNDs "引航灯"的作用，有望提高临床肿瘤切除的准确性和有效性（图5）。
总结与展望
林权教授团队开发了一种多功能的Au/AgNDs纳米系统，作为一种优良的纳米探针和放射增敏剂具有实时双模式成像引导肿瘤手术、增强放疗和近距离治疗的能力。该工作最近在 ACS Central Science （IF=18.2）上发表，吉林大学化学学院博士研究生 王泽 和吉林大学第二医院博士研究生 王东洲 为文章的共同第一作者，吉林大学化学学院 林权 教授和吉林大学第二医院 王铁君 教授为文章的共同通讯作者。
扫描二维码免费下载全文
ACS Cent. Sci. 2023, 9, 10, 1976–1988
Publication Date: October 17, 2023
https://doi.org/10.1021/acscentsci.3c00994
Copyright © 2023 The Authors. Published by American Chemical Society
ACS Central Science 是ACS最具包容性的交叉学科期刊，发表以化学为中心的多学科领域最前沿，最重要的研究成果。旨在为全球学者提供交流平台，文章即时发表，全球免费获取，作者也无需付费。
点击“阅读原文”
你“赏”我吗？