ACS Nano: 单分散Au−Fe2C异质纳米颗粒用于三模式成像引导肿瘤光热治疗

【引言】

近年来，成像引导的光热治疗是癌症精确治疗的新兴研究方向。然而制备具有稳定结构的用于光热和多模式成像治疗的多组分纳米平台依然是一项不小的挑战。目前，许多多模式纳米药物均是通过包载或共价连接成像模块来实现多模式成像功能。然而这样制得的纳米材料存在药物个体泄漏的危险，进而这种不稳定结构会影响临床医学应用。相较而言，双面纳米颗粒能够同时呈现出两种不同的材料及其表面化学性质，凭借固有的成像和治疗性能，可以作为能够在体内更加稳定的一体化诊疗材料。

【成果简介】

近日，北京大学侯仰龙教授、浙江工业大学的余靓副教授以及中国人民解放军307医院的盛复庚（共同通讯作者）在ACS Nano上发表了题为“Monodisperse Au−Fe₂C Janus Nanoparticles: An Attractive Multifunctional Material for Triple-Modal Imaging-Guided Tumor Photothermal Therapy”的文章。在这项工作中，研究人员合成了一种12nm的单分散Au−Fe₂C双面纳米颗粒（JNPs）。这种纳米在近红外区域具有光谱光吸收特性，体外808nm光辐射的光热转换效率可以达到30.2%。结合该材料的磁性特征，研究人员实现了磁共振/多谱光声/CT三模式成像引导下的活体光热治疗。

【图文导读】

图1：Au−Fe₂C JNPs的合成示意图、结构及性能表征

(A) Au−Fe₂C JNPs的合成示意图；

(B) Au−Fe₂C JNPs及Au−Fe异质结构的XRD表征；

(C) Au−Fe异质结构的TEM；

(D) Au−Fe异质结构的HRTEM；

(E) Au−Fe₂C JNPs的TEM；

(F) Au−Fe₂C JNPs的HRTEM；

(G) Au NPs、Au−Fe异质结构以及Au−Fe₂C JNPs的紫外吸收光谱。

图2：Au−Fe₂C-PEG JNPs的相关表征

(A) Au−Fe₂C-PEG JNPs的TEM以及HRTEM；

(B) Au−Fe₂C-PEG JNPs的紫外吸收光谱；

(C) 琼脂凝胶中的Au−Fe₂C-PEG JNPs的MSOT成像；

(D) Au−Fe₂C-PEG JNPs的光声信号谱；

(E) Au−Fe₂C-PEG JNPs的光声信号强度与材料浓度的线性关系；

(F) Au−Fe₂C-PEG JNPs的T₂驰豫率。

图3：Au−Fe₂C JNPs的光热性能

(A) 1W/cm²激光辐照下的Au−Fe₂C-PEG JNPs溶液温度；

(B) 5分钟激光辐照下温度改变与铁浓度的关系；

(C) 不同强度激光辐照下的Au−Fe₂C-PEG JNPs溶液温度；

(D) 激光开启/关闭下的Au−Fe₂C-PEG JNPs光热性能。

图4：Au−Fe₂C-PEG JNPs的体外表征

(A) Au−Fe₂C-PEG JNPs的细胞毒性；

(B) Au−Fe₂C-PEG JNPs以及Au−Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs在808nm激光处的细胞光热治疗；

(C) 细胞光热治疗的荧光显微图像。

图5：Au−Fe₂C JNPs的体内成像

(A) Au−Fe₂C-PEG JNPs以及Au−Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs在荷瘤小鼠中的实时T₂加权磁共振成像；

(B) 肿瘤内相对磁共振信号强度；

(C) Au−Fe₂C-PEG JNPs以及Au−Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs的体内MSOT成像；

(D) 3D重建的CT成像。

图6：活体光热治疗效力及毒性评价

(A) Au−Fe₂C-PEG JNPs以及Au−Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs的体内热红外成像；

(B) 分别注射了Au−Fe₂C-PEG JNPs以及Au−Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs的小鼠在激光辐照下的温度改变曲线；

(C) 肿瘤体积生长曲线；

(D) 小鼠体重曲线；

(E) 肿瘤组织的数码照片；

(F) 肿瘤组织切片的H&E染色。

【小结】

该项工作成功制备了Au−Fe₂C JNPs并将其作为MRI/MSOT/CT三模式成像引导的光热治疗药物，可用于癌症的精准诊断和高效治疗。此外，研究通过成像技术还发现亲和体偶联的Au−Fe₂C-Z_HER2：342 JNPs相比起无靶向的Au−Fe₂C-PEG JNPs拥有更高的肿瘤聚集程度和更深的肿瘤穿透能力，并且这种亲和体偶联的JNPs光热消融能力不受影响，也不具有副作用。因此，Au−Fe₂C JNPs是一种面向癌症精确诊疗的多功能化纳米平台。

文献信息：Monodisperse Au−Fe2C Janus Nanoparticles: An Attractive Multifunctional Material for Triple-Modal Imaging-Guided Tumor Photothermal Therapy（ACS Nano., 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04461）

侯仰龙，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，万人计划科技创新领军人才，北京大学教授、博士生导师。主要从事多功能磁性材料、新能源材料的控制合成及其在纳米生物医学与能源领域的应用探索研究。发展了单分散磁性纳米材料的通用制备方法，提出了自下而上的纳米耦合磁体化学制备新策略，探索了磁性纳米颗粒在肿瘤等重大疾病的诊断与治疗的应用；设计制备了若干纳米结构杂化材料用于高性能的锂电池电极等。迄今发表学术论文120余篇，在国际和各类双边会议上作大会或分会邀请报告40余次。正主持国家重点研发计划、国家自然科学基金委重大项目、重点项目等研究。现任Advanced Science (Wiley)、Scientific Reports (NPG)、Science China Materials、Rare Metals等期刊编委。

磁性纳米颗粒的生物医学应用研究代表性成果：

[1] Y. Hou and D. J. Sellmyer, Ed. Magnetic Nanomaterials, Fundamental, Synthesis and Applications, 2017, ISBN: 978-3-527-34134-4, John Wiley＆Son.

[2] J. Yu, Y. Ju, L. Zhao, X. Chu, W. Yang, Y, Tian, F. Sheng, J. Lin, F. Liu, Y. Dong and Y. Hou, Multi-Stimuli-Regulated Photo-Chemothermal Cancer Therapy Remotely Controlled via Fe₅C₂ Nanoparticles, ACS Nano, 2016, 10, 159−169.

[3] J. Yu, C. Yang, J. Li, Y. Ding, L. Zhang, M. Z. Yousaf, J. Li., R. Pang, L. Wei, L. Xu, F. Sheng, C. Li, G. Li, L. Zhao, and Y. Hou, Multifunctional Fe₅C₂ Nanoparticles: a Targeted Theranostic Platform for Magnetic Resonance Imaging and Photoacoustic Tomography-Guided Photothermal Therapy, Adv. Mater., 2014, 26, 4114–4120.

[4] R. Hao, R. Xing, Z. Xu, Y. Hou, S. Gao and S. Sun, Synthesis, Functionalization and Biomedical Applications of Multifunctional Magnetic Nanoparticles. Adv. Mater., 2010, 22, 2729–2742.

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