功能化黑磷纳米复合材料对肿瘤光学治疗的研究

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癌症是世界范围内的难治性疾病,癌症的有效治疗一直是生命科学领域重要的研究方向。传统的癌症治疗方式却存在着低靶向性和高毒副作用等缺陷。光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT)等光学疗法因具有定位精准、创伤小和辐射低等优点而被认为是肿瘤临床治疗中的替代技术。然而,大多数光学治疗剂仍存在光热转换效率低和光动力学性能低等诸多问题。黑磷纳米片(BPNS)具有宽吸收谱、高光热转换效率、较大的比表面积和极低的细胞毒性,已开发用于新型生物医学用纳米材料。但目前BPNS的实际应用还面临一些问题:如肿瘤微环境下的缺氧会降低光敏剂BPNS的PDT效果,生理环境下BPNS易降解丧失活性,BPNS缺乏精准递送的靶向性等。因此,围绕如何解决BPNS在肿瘤光学治疗中的瓶颈问题,本文提出了两种功能化黑磷纳米复合材料用于探究其在肿瘤光学治疗中的应用。(1)构建基于温度依赖性类过氧化氢酶(CAT)活性的生物相容好且可靶向递送的PTT-PDT自协同纳米平台RGD-BPNS@SMFN,并研究其对肿瘤的光学治疗效果。通过将球形锰铁氧体纳米颗粒(SMFN)锚定到BPNS上,然后使用精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽进行修饰,设计和构建了均匀分散、靶向性强的纳米平台。与普通BPNS和SMFN相比,该纳米平台在体内和体外均表现出了出色的靶向能力和优异的光响应性能。通过双光疗模式发现PTT和PDT具有自协同行为,自协同机制主要归因于PTT促进纳米平台中固有的类CAT样活性,提高O2的生成量、改善肿瘤缺氧微环境从而提高PDT效果。该工作为协同双模式光疗提供了极具应用前景的高性能纳米药物系统,丰富了抗肿瘤纳米酶的构建思路。(2)手性在生物系统中是普遍存在的,与维持生物及其生理过程紧密相连。BPNS表现出显著的面内各向异性,倾向于形成特定的手性纳米结构。因此,探讨手性对生物系统中BPNS功能的影响是非常有意义的。我们通过半胱氨酸修饰获得不同手性的BPNS,并进一步研究了手性BPNS对肿瘤光疗治疗的结果。令人鼓舞的是,尽管手性BPNS在体外溶液环境下对于光响应的性能上几乎没有手性的差异,但在细胞与动物活体层面的PDT和PTT性能上表现出了显著的手性依赖性。具体而言,D型的BPNS在体外对肿瘤细胞的细胞毒性作用大约是L型BPNS的3倍,这归因于D型在胞内较长的代谢时间而保持有较高的细胞内含量。这种代谢差异说明D型BPNS可能经历了更长的细胞膜粘附和细胞质分解周期,这或许是由于这些生理行为的L手性偏好所致。手性BPNS策略为优化纳米药物的光疗性能开辟了新途径,促进了手性纳米药物的发展。
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