上海硅酸鹽所腫瘤多功能稀土診療劑研究取得系列進(jìn)展

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診療納米醫(yī)學(xué)（Theranostic nanomedicine）是納米生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中一個(gè)新興的重要分支，這種以多功能納米診療劑構(gòu)建的集醫(yī)學(xué)診斷和原位治療于一體的新技術(shù)，有望在未來(lái)人類(lèi)重大疾病的診斷和治療中發(fā)揮重要作用，是當(dāng)前國(guó)際研究的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域。近年來(lái)，基于稀土化合物的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒（UCNPs）作為一種新型的多功能納米診療劑，具有近紅外光激發(fā)、上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL）成像、磁共振成像（MRI）等功能優(yōu)勢(shì)，在腫瘤的多模式影像診斷和高效治療中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究倍受關(guān)注。

中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所施劍林研究員帶領(lǐng)的介孔與低維納米材料課題組，長(zhǎng)期從事無(wú)機(jī)功能納米材料的化學(xué)制備及生物學(xué)應(yīng)用研究。最近，該課題組圍繞如何實(shí)現(xiàn)癌癥的高效診斷和治療這一主題，開(kāi)展了一系列富有成效的研究探索，在基于UCNPs的多功能診療劑研究中取得了一系列重要?jiǎng)?chuàng)新進(jìn)展。首先，針對(duì)如何提高釓摻雜造影劑（Gd-UCNPs）的UCL/MRI雙模式成像性能，構(gòu)建了具有不同體相釓和表面釓分布密度的三種結(jié)構(gòu)模型，澄清了體相釓和表面釓在T1-MRI性能上的爭(zhēng)議，并首次提出了在無(wú)機(jī)Gd-UCNPs造影劑中上轉(zhuǎn)換發(fā)光和磁共振成像存在著“正負(fù)晶格屏蔽效應(yīng)”。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建多種表面修飾的Gd-UCNPs，進(jìn)一步闡明了無(wú)機(jī)Gd-UCNPs造影劑的T1-MRI磁共振成像機(jī)理，在機(jī)理指導(dǎo)下，通過(guò)同時(shí)優(yōu)化Gd-UCNPs內(nèi)核結(jié)構(gòu)以及表面修飾，獲得了目前基于該類(lèi)材料報(bào)道的最高r1值（達(dá)到14.73 mM-1s-1）；同時(shí)，證實(shí)了所制備的Gd-UCNPs納米探針在小鼠活體內(nèi)具有優(yōu)良的UCL/T1-MR雙模式成像功能。

在此基礎(chǔ)上，他們系統(tǒng)開(kāi)展了基于UCNPs的腫瘤多模式造影劑及其生物學(xué)效應(yīng)研究。綜合考慮不同成像模式在空間分辨率、成像深度和應(yīng)用領(lǐng)域中各自的優(yōu)勢(shì)，借助于金顆粒（Au）的高X射線(xiàn)衰減吸收系數(shù)，他們將粒徑為1-2nm的Au納米顆粒嫁接于NaYF4:Yb/Gd/Er/Tm@SiO2表面形成“芝麻球”狀的多模式成像探針，在小鼠腫瘤區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了UCL/MR/CT多模式成像探測(cè)。為了提高探針的多模式成像性能和生物相容性，他們進(jìn)一步發(fā)展了NaYF4:Yb/Er/Tm@NaGdF4@TaOx核殼結(jié)構(gòu)納米探針，TaOx外殼不僅提供優(yōu)異的生物相容性，而且TaOx本身即是優(yōu)良的CT成像造影劑。為了進(jìn)一步考察多模式探針在活體內(nèi)的分布、代謝及組織毒性等，他們?cè)O(shè)計(jì)和制備了Yb-UCNPs多功能納米探針，該探針無(wú)需任何功能化即可實(shí)現(xiàn)高的上轉(zhuǎn)換發(fā)光和CT成像性能（比臨床用碘劑提高一倍）；系統(tǒng)研究其在體內(nèi)的分布、代謝及組織毒性后發(fā)現(xiàn)，該納米探針具有良好的生物相容性。

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