研究背景
基于激光照射的光热治疗(PTT)是一种新兴的肿瘤治疗方法。该治疗方法利用光能转换为热能引起肿瘤细胞损伤。与传统的肿瘤治疗相比，PTT有创伤小、治疗时间和空间可控、且光热材料在无光照条件下无毒等优势。目前往往采用近红外I区(NIR-I, 650-950 nm)的激光用于PTT。但是NIR-I的光不能到达深部肿瘤组织，而其所需的强激光照射引起的高温则不可避免地损伤肿瘤附近的正常组织，极大地限制了PTT的进一步体内应用。而近红外II区(NIR-II,1000-1350 nm)的光可以提供更深的组织穿透力，而且其皮肤最大耐受激光功率密度更高。然而，大多数光热材料在NIR-II区的光热转换效率较低(<50%)。因此，寻找能响应NIR-II区且具有高光热转换效率的光热材料受到越来越多的关注。
本文亮点
1 合成了在NIR-II区具有高光热转换效率的二氧化钛包覆的金纳米双锥体(NBP@TiO2)。
2 二氧化钛外壳能够装载抗癌药物combretastatin A-4 phosphate(CA4P)。
3 在低于皮肤耐受阈值的激光功率密度下，负载CA4P的NBP@TiO2纳米颗粒在1064 nm激光照射下发挥协同抗血管生成和抗肿瘤作用。
内容简介
NBP@TiO2被用作NIR-II区的PTT介导材料和抗肿瘤药物CA4P的载体。合成的NBP@TiO2纳米材料具有1064 nm的纵向等离子体共振吸收峰，在1064 nm激光照射下该材料具有很高的光热转换效率，这确保其在NIR-II区发挥理想光热效应。同时该纳米材料具有良好的生物相容性。此外，TiO2涂层作为CA4P的有效载体，能够实现CA4P和热量的同时输送。在人肺癌A549细胞和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中观察到光热治疗和化疗联用的协同抗肿瘤和抗肿瘤血管生成效果。体内动物实验中也发现这种联用能有效抑制肿瘤微血管密度和肿瘤细胞增殖。
图文导读
利用种子介导生长法制备Au NBP，并纯化。然后以TiCl3为前体，水解生成TiO2包覆NBP。TEM结果显示其平均长度为116.9 ± 1.1 nm，宽度为32.9 ± 0.3 nm。TiO2包覆的平均厚度为16.6 ± 0.4 nm。NBP纳米颗粒的纵向等离子体共振吸收波长为970 nm。TiO2涂层导致吸收峰红移到1064 nm，这使得NBP@TiO2纳米颗粒成为响应NIR-II窗口的PTT试剂。根据其升温曲线以及功率与平台温度的关系，在1064 nm激光的照射下，该材料的光热转换效率高达(93.3 ± 5.2)% 。
图1 (AuNBP)@TiO2纳米颗粒。(a)TEM成像, (b)水溶液中未包被的NBP和NBP@TiO2纳米颗粒的吸收光谱, (c)单个NBP@TiO2的HAADF-STEM和元素映射图像, (d)在1064 nm激光照射下，以不同的光功率照射20分钟，NBP@TiO2纳米颗粒溶液(2 ml，120μg/mL)的升温曲线, (e)平台温度随激光功率的变化, (f)温度衰减曲线。
II CA4P的负载及释放
图2 负载CA4P的NBP@TiO2纳米颗粒。(a)CA4P的分子结构式, (b)载药后初始CA4P溶液和上清液CA4P的LC-MS色谱图, (c)负载CA4P的纳米颗粒在磷酸盐溶液和H2O中孵育12 h后CA4P的解吸附, (d)负载CA4P的NBP@TiO2纳米颗粒的pH依赖性和时间依赖性的CA4P释放曲线。
III 在A549细胞中的PTT研究
IV PTT对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)活性以及微管蛋白的影响
与单独治疗相比，负载CA4P的NBP@TiO2纳米颗粒和PTT的联用治疗对HUVECs产生更加明显的细胞毒性，且联用后细胞内微管蛋白分布发生紊乱。
图4 负载CA4P的NBP@TiO2纳米颗粒联用PTT对HUVECs产生协同毒性。(a)MTT分析, (b)calcein AM染色, (c)微管蛋白分布。
V PTT增强CA4P的抗血管生成作用
肿瘤发展和转移的一个关键步骤是血管生成，它为细胞提供营养和氧气，并清除废物。低剂量(7 nm CA4P，12μg-Au/mL)的CA4P负载NBP@TiO2纳米颗粒轻微抑制HUVECs在Matrigel中形成网状的血管结构，相对血管面积和长度分别为(73.7±1.0)%和(89.6 ± 3.8)%。低功率密度(1.8或2.0 W/cm2)激光照射能提高负载CA4P的NBP@TiO2纳米颗粒的血管生成抑制效应。当载药颗粒与1.8 W/cm2的激光照射联用后，血管面积和长度分别为(57.5± 2.0)%和(73.2 ± 1.8)%。这两个值在2.0 W/cm2激光照射下分别降低到(40.1 ± 3.6)%和(45.2 ± 4.6)%。
作者简介
香港中文大学
▍主要成果与荣誉
▍Email: jfwang@phy.cuhk.edu.hk
澳门科技大学
▍主要成果与荣誉
▍Email: xmzhu@must.edu.mo
撰稿：《纳微快报》编辑部
审核：原文作者
编辑：《纳微快报》编辑部
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