上海交大金屬基複合材料國家重點實驗室科研團隊成功製備一種基於新型鋱（Tb）摻雜鎢酸釓納米閃爍體（GWOT NPs）的多功能納米診療試劑，它不僅實現(xiàn)了對腫瘤組織的雙重造影（X射線電腦斷層掃描（CT）核磁共振成像（MRI））和對腫瘤組織的X射線激發(fā)光動力治療（X-PDT）及放療（RT）的協(xié)同治療，同時表現(xiàn)出低生物毒性，在深部腫瘤的診斷與治療領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
稀土摻雜鎢酸鹽納米材料研發(fā)思路
X射線激發(fā)光動力（X-PDT）通過利用高穿透性X射線作為激發(fā)源有望實現(xiàn)傳統(tǒng)光動力（PDT）在腫瘤治療上的革新，使其具備可用於深部腫瘤治療的潛能。納米閃爍體作為X射線能量吸收的基體和將其轉(zhuǎn)換為可被光敏劑吸收的紫外-可見光的媒介在X-PDT治療過程起著重要的作用，但是目前報導(dǎo)的納米閃爍體均從傳統(tǒng)閃爍體材料納米化而來，材料功能較為單一，因此設(shè)計並製備出多功能的新型納米閃爍體成為該領(lǐng)域的熱點和難點。由於對閃爍體基體材料的調(diào)控不僅能夠調(diào)節(jié)X射線螢光光譜以匹配合適的市售光敏劑，在選擇材料的具體組成時還可考慮把其他成像功能和治療功能有機結(jié)合起來，如可選擇含有高原子序數(shù)元素的材料使基體材料在進(jìn)行X-PDT的同時還可用於RT和CT成像等，從而構(gòu)建出多功能納米診療體系。
稀土摻雜鎢酸鹽納米材料是一類潛在的納米閃爍體，其中鎢酸根離子由於含有高原子序數(shù)的鎢元素和內(nèi)在的能級躍遷特性（np6→nd）而具有X射線吸收特性，經(jīng)能量轉(zhuǎn)移後有望通過摻雜元素的能級釋放能量產(chǎn)生螢光。上交大研究團隊通過水熱合成方法以及引入表面活性劑，成功製備了尺寸為50-100 nm的鋱摻雜鎢酸釓納米材料，發(fā)現(xiàn)該納米材料具有很強的X射線激發(fā)螢光，表面聚乙二醇修飾後的產(chǎn)物GWOT-PEG NPs的X射線激發(fā)螢光光譜峰完全處在光敏劑MC540的吸收範(fàn)圍內(nèi)，經(jīng)物理吸附後可得到約為12.8%負(fù)載效率的GWOT@MC540納米診療試劑，可進(jìn)行有效的PDT治療。由於Tb3+摻雜的鎢酸釓納米材料中含有多種高原子序數(shù)的元素（Gd和W），在進(jìn)行X-PDT的同時也能夠用於RT。此外，Gd3+本身具有良好的MRI T1造影效果，而W元素等則可具有較好的CT效果。因此該納米材料在瘤內(nèi)注射後能夠得到非常顯著的雙模態(tài)腫瘤成像效果，也可用於MRI和CT成像。小鼠體內(nèi)腫瘤治療模型表明，X射線激發(fā)光動力和放射治療的協(xié)同治療效果明顯，在5 Gy的X射線劑量下對腫瘤殺傷與抑制的效果顯著高於6 Gy下的純放射治療效果。相比空白組小鼠腫瘤約為19倍的最終相對體積率，6 Gy協(xié)同治療只有3.8倍，僅為20%。
此外，大部分注射到小鼠體內(nèi)的納米材料在30天內(nèi)能夠逐漸代謝出小鼠體外，整個過程中小鼠的生理指標(biāo)以及主要器官病理均沒有出現(xiàn)明顯的變化。顯然，由於GWOT@MC540納米診療試劑同時具備高穿透性的雙模態(tài)（CR/MRI）成像性能和協(xié)同治療（X-PDT/RT）的效果，並且只需要X射線一種激發(fā)媒介便能夠發(fā)揮對深部腫瘤診斷和治療方面的作用，而這兩個治療手段聯(lián)用還可有效降低所用X射線的能量，從而減小對患者的輻射副作用，因此具有重要的臨床意義。
研究工作得到了國家重點研發(fā)計畫納米專項、國家自然科學(xué)基金面上項目和上海市科委基金專案等的資助。研究成果以“CT/MRI-Guided Synergistic Radiotherapy and X-ray Inducible Photodynamic Therapy Using Tb-Doped Gd-W-Nanoscintillators”為題，發(fā)表在綜合化學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition，2019, 58, 2017-2022）上。
