长春应化所/北京化工大学ACS Nano: 易通过肾脏清除的超小卟啉金属有机框架材料用于肿瘤高效光动力学治疗

Alisa 5年前 (2019-08-14) 4400浏览

【背景介绍】

金属有机框架材料（MOF）由于具有较大的比表面积，可调节的孔尺寸以及多种多样的架构，已经在生物医学中得到了广泛的研究和关注。在肿瘤的光动力学治疗中，基于光敏剂的MOF展现出了很好的应用前景。在MOF的框架结构中，光敏剂之间被很好的分隔，避免了由于光敏剂聚集而引发的性能下降。然而，目前的MOF材料还有诸多不足之处，影响了它们的进一步临床转化：（1）用于肿瘤光动力学治疗的MOF材料的尺寸通常在几十到几百纳米之间，这种尺寸的MOF会被内皮网状系统捕获，引起材料在体内的长期滞留而引发长期毒性；（2）由光敏剂产生的单线态氧在10纳米的扩散距离以上就会发生湮灭，因此大尺寸的MOF中，材料内部产生的单线态氧会在材料内部发生湮灭，不能发挥治疗作用，导致光动力学治疗的低效率；（3）很多不稳定的MOF材料会在体内发生降解，产生有毒的游离金属离子和相关配体，从而产生极大的生物毒性。

【成果简介】

近日，中科院长春应用化学研究所任劲松研究员、曲晓刚研究员和北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心刘桢教授（共同通讯作者）合作，报道了一种可以被肾脏快速清除的超小卟啉MOF材料，也被称为MOF纳米点，用于肿瘤高效光动力学治疗。这种MOF纳米点由具有高稳定性的PCN-224 MOF作为前体，通过液相剥离法制备而成，具有很好的生物稳定性。同时，MOF纳米点的水合粒径只有4.5纳米，可以很好的被肾脏快速清除，并以完整的形式排出体外，大大地降低了MOF材料的长期毒性。更重要的是，由于MOF纳米点的超小尺寸，光照产生的单线态氧可以很好地从材料框架中扩散出去，极大地避免了在材料内部发生单线态氧的湮灭，显著地提高了光动力学治疗的效率。

【图文导读】

图1: MOF纳米点用于肿瘤光动力学治疗以及材料的表征。

图2: MOF纳米点的合成过程与形成机理。

图3: 通过细胞实验验证MOF纳米点的光动力学治疗性能。

图4: 通过ICP-OES与小动物荧光活体成像分析MOF纳米点的生物分布以及药代动力学特征。

图5: 荷瘤小鼠实验验证MOF纳米点的光动力学治疗性能。

【总结】

通过使用可被肾脏清除的MOF纳米点作为光敏剂，肿瘤可以被有效治疗，并大大降低了MOF材料的生物毒性，有助于进行安全而又高效的肿瘤光动力学治疗。这一策略会促进安全且有效的光动力学治疗平台的开发和临床转化。该成果以Renal-Clearable Porphyrinic Metal-Organic Framework Nanodots for Enhanced Photodynamic Therapy发表在材料学领域著名期刊ACS Nano上，文章共同第一作者为中科院长春应用化学研究所博士研究生王欢和余东琴，合作作者为吉林大学口腔医学院博士研究生方蛟和曹长翠。

【文章链接】

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03531

【刘桢教授简介】

 

刘桢，北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心教授。2014年于中国科学院长春应用化学研究所获得理学博士学位，师从曲晓刚研究员和任劲松研究员，毕业后留所工作任助理研究员、副研究员，2018年起于北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心工作，研究方向为生物剂型工程。已发表SCI论文60余篇，累计引用2800余次，h因子32。以第一作者和通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Nano Lett., ACS Nano, Biomaterials等期刊上发表SCI论文20余篇，在Chem. Rev.，Chem. Soc. Rev.等综述期刊上被国内外同行予以原图引用和正面评价。

近期代表工作如下：

  1. H. Wang, D. Yu, J. Fang, C. Cao, Z. Liu,*J. Ren,* X. Qu,* Renal-Clearable Porphyrinic Metal-Organic Framework Nanodots for Enhanced Photodynamic Therapy. ACS Nano 2019. Just Accepted.
  2. H. Wang, D. Yu, B. Li, Z. Liu,*J. Ren,* X. Qu,* Ultrasensitive Magnetic Resonance Imaging of Systemic Reactive Oxygen Species in Vivo for Early Diagnosis of Sepsis Using Activatable Nanoprobes. Chem. Sci. 2019, 10, 3770.
  3. H.Wang, P. Li, D. Yu, Y. Zhang, Z. Wang, C. Liu, H. Qiu, Z. Liu,* J. Ren,* X. Qu,* Unraveling the Enzymatic Activity of Oxygenated Carbon Nanotubes and Their Application in the Treatment of Bacterial Infections. Nano Lett. 2018, 18, 3344.
  4. H. Wang, C. Liu,Z. Liu,* J. Ren,* X. Qu,* Specific Oxygenated Groups Enriched Graphene Quantum Dots as Highly Efficient Enzyme Mimics. Small 2018, 14, 1703710.
  5. Y. Huang, Z. Liu,*C. Liu, E. Ju, Y. Zhang, J. Ren,* X. Qu,* Self‐Assembly of Multi‐nanozymes to Mimic an Intracellular Antioxidant Defense System. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6646.
  6. Z. Liu, X. Ran, J. Liu, Y. Du,J. Ren,* X. Qu,* Non-Toxic Lead Sulfide Nanodots as Efficient Contrast Agents for Visualizing Gastrointestinal Tract. Biomaterials 2016, 100, 17.

本文由北京化工大学课题组供稿。

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