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二维锑烯纳米材料用于肿瘤的高效光热治疗

光热治疗(Photothermal Therapy)作为肿瘤治疗的一种新型疗法,由于具备侵入性小、作用时间短和高效选择性(仅在激发光下的肿瘤部位发生作用)等特点,吸引了广大研究者的研究兴趣。已经有大量研究表明纳米材料用于光热治疗可以十分有效地抑制肿瘤的生长。然而,合成基于纳米材料的光热制剂(Photothermal Agents)仍然面临着不少挑战,理想的光热制剂应该具备高光热转换效率(Photothermal Conversion Efficacy)、无毒或只有较低的生物毒性和可降解性等。因而,研发具备这些性质的纳米光热制剂具有重要的研究意义和价值。


新兴的二维材料(例如石墨烯、二硫化钼、黑磷等)由于其具备独特的物理(尤其是优异的近红外光学性能)和化学性质,已经被广泛地报道了其在肿瘤光热治疗方面的潜力。锑烯是近期被报道、并成功剥离的新一代的二维层状材料,在光学应用领域有着堪比石墨烯、二硫化钼和黑磷等的光学性质(Angew.Chem. Int. Ed. 2016, 55, 14345;Nat. Commun. 2016, 7, 12585;Adv. Mater. 2016, 28, 6332;Nat. Commun. 2016, 7, 13352)。目前还没有二维锑烯纳米材料在生物医学领域中的相关研究报道,考虑到二维材料结构的相似性,以及含锑类药物在医药领域几个世纪的应用,二维锑烯材料作为光热制剂在生物医学领域的开拓性应用很值得期待。


二维锑烯纳米材料用于肿瘤的高效光热治疗

Fig1: Fabrication of PEG-coated AMQDs. 


基于二维锑烯材料的上述优势,最近哈佛大学Omid C.Farokhzad教授和施进军教授领导的研究团队与深圳大学的张晗教授合作,采用优化的、联合探头超声和水浴超声的液态剥离方法,制备二维层状锑烯量子点,并对其作为光热制剂的性能进行了研究报道。所制备的二维锑烯量子点在聚乙二醇修饰后具备较高的稳定性和分散性,并且在多种细胞系中均展现出良好的生物相容性、在所用剂量下没有观测到明显细胞毒性。其优异的近红外光学性能也在本项研究中得到验证,在808 nm的近红外光照射下其光热转换效率达到45.5%,显著高于先前各研究中报道的金纳米壳层(13%)、金纳米棒(21%)、氧化石墨烯(25%)、Cu2-xSe纳米粒子(22%)、二硫化钼纳米片(27.6%)、黑磷量子点(28.4%)等等。体内细胞实验和体外动物实验同时验证了锑烯光热制剂的高效抑瘤效果,并且在发生光热作用之后能够有效降解。同时,H&E染色结果、血生化和全血测试结果也初步表明了锑烯光热制剂在实验所用剂量下的体内安全性。


二维锑烯纳米材料用于肿瘤的高效光热治疗

Fig2: IR images of MCF-7 tumor-bearing mice (G1: Saline; G2: only NIR; G3: only PEG-coated AMQDs; G4: PEG-coated AMQDs + NIR).


本项目的研究为二维锑烯材料在生物医学中的首次应用,同时也为今后潜在的更多不同的应用和更为系统的动物体内研究奠定了一定的基础。相关工作近期以封面文章的形式发表在Angewandte Chemie International Edition(DOI: 10.1002/anie.201703657)上,第一作者为哈佛大学的陶伟博士。


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