国家纳米科学中心在新型二维材料用于多模式肿瘤治疗方面取得新进展

发布时间:2022-10-20
       近日,国家纳米科学中心陈春英研究组和杨蓉研究组在二维材料用于多模式肿瘤治疗方面取得新进展。相关研究成果以Versatile BP/Pd-FPEI-CpG Nanocomposite for "Three-in-One" Multimodal Tumor Therapy为题,发表于Nano Today, October 2022, Vol. 46, 101590

纳米催化疗法作为一种新型肿瘤治疗策略已引发广泛关注。 通过纳米材料模拟生物酶的催化过程,将肿瘤部位过表达的H2O2原位转变为活性氧(ROS)自由基进而引发肿瘤细胞凋亡,可降低传统疗法对正常组织的毒副作用。然而,由于肿瘤微环境中H2O2浓度一般较低,而肿瘤有着多样性、复杂性和异质性,单模态纳米催化治疗效率往往较为有限。因此,迫切需要开发多模式综合治疗策略以增强抗肿瘤效果。如何有效整合多模式肿瘤疗法并深入阐明其协同机制,是肿瘤治疗领域一个十分关键而又极具挑战性的研究方向。

二维黑磷(black phosphorus, BP)纳米片是一种新兴的类石墨烯层状材料,表现出很多独特的理化性质和生物学效应,如高的表面积、生物可降解性、良好的生物相容性以及光热和光动力效应。钯(Pd)纳米片是另外一类性能独特的二维材料,具有高的比表面积,表面具有的大量配位不饱和金属原子使其表现出高效的催化活性(包括类酶催化活性)。同时,Pd片具有较好的生物相容性和光热效应,在生物医学领域有着很广的应用前景。国家纳米科学中心陈春英研究员、杨蓉研究员和蔡双飞副研究员等人合作构建了基于黑磷/钯纳米片的多功能二维纳米平台,提出了一种融合光热/光动力/化学动力模式的肿瘤治疗“三合一”多模式创新策略。

采用液相法剥离制得黑磷片,通过室温原位还原过程在黑磷片上形成二维Pd纳米结构。P原子可同时作为Pd原子的支撑位点和Pd生长的配体,同步辐射实验证实了Pd-P配位键的形成。改变Pd/P投料比,利用BP片的空间/电子效应还可有效地对Pd片尺寸进行裁剪。通过强界面Pd-P相互作用,异质结构的纳米片在肿瘤微环境中表现出增强的级联酶活性,通过类过氧化氢酶特性、类氧化酶特性催化作用产生足够的活性氧 (ROS) 作为治疗性物种,包括超氧阴离子(O2•−)和单线态氧(1O2Pd的加入也提高了黑磷片原有的光热特性。此外,通过氟代聚乙酰亚胺功能化和负载胞嘧啶-磷酸鸟嘌呤作为免疫佐剂,这种独特的二维异纳米平台的功能进一步扩展,显著提高了对肿瘤的治疗效果。本工作为设计多模式肿瘤治疗平台提供了新思路。

国家纳米科学中心伏钊博士和倪东齐博士为该文章的共同第一作者,陈春英研究员、杨蓉研究员和蔡双飞副研究员为共同通讯作者。上述研究工作得到了中国科学院战略性先导专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省重点研发计划、广东高水平创新研究机构等项目的支持。

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BP/Pd-FPEI-CpG纳米平台用于光热/光动力/化学动力治疗的多模式肿瘤治疗法示意图