東北大學&斯坦福大學：納米CuS體系促進深層腫瘤光熱治療
研究背景
腫瘤的光熱治療是一種新興的腫瘤治療方法。與傳統的治療方式相比，光熱治療具有較高的特異性和精確的時空選擇性，在腫瘤治療中表現出優異的效果。但由于激光穿透人體組織深度有限，目前光熱治療難以對位于組織深層的腫瘤開展有效治療。為了進一步促進光熱治療的臨床轉化，特別是治療位于組織深層的腫瘤，提高激光的組織穿透深度是非常有必要的。
Deep-Tissue Photothermal Therapy Using Laser Illumination at NIR-IIa WindowXunzhi Wu, Yongkuan Suo, Hui Shi, Ruiqi Liu, Fengxia Wu, Tingzhong Wang, Lina Ma, Hongguang Liu*, Zhen Cheng*Nano-Micro Lett.(2020)12:38https://doi.org/10.1007/s40820-020-0378-6
本文亮點
1合成了在808 nm和1275 nm處具有相近吸收值的聚乙二醇包裹的硫化銅納米顆粒，并對比了這兩種激光在深層組織光熱治療方面的能力。2使用5 mm豬肉組織遮擋腫瘤組織以模擬深層組織環境時，1275 nm激光較808 nm激光展現出更為卓越的腫瘤光熱治療效果。
內容簡介
東北大學生命科學與健康學院分子醫學研究所劉弘光教授課題組合成了在808 nm和1275 nm處具有相近吸收值的聚乙二醇包裹的硫化銅納米顆粒（CuS-PEG NPs），以此為平臺，對比了808 nm和1275 nm激光在深層組織光熱治療方面的能力。在對比實驗中，1275 nm激光較808 nm激光展現出更高的組織穿透比率，更高的深層組織升溫能力以及更有效的深層組織腫瘤殺傷能力。通過鼠尾靜脈注射CuS-PEG NPs后開展的光熱治療實驗驗證了1275 nm激光應用于光熱治療的可行性。
圖文導讀
I CuS NPs及CuS-PEG NPs的合成與表征
合成了CuS NPs并進一步在表面連接PEG。連接前后納米顆粒水合粒徑增大19 nm，表面電位增大14 mV。CuS-PEG NPs在血清中穩定性較好，7天內水合粒徑未發生顯著變化。在測試濃度范圍內，CuS-PEG NPs的光聲信號強度與其濃度成正比。CuS-PEG NPs在808 nm和1275 nm處的吸收值較為接近。
圖1(a)CuS NPs的水合粒徑與透射電鏡圖；(b)CuS-PEG NPs的水合粒徑與透射電鏡圖；(c)CuSNPs連接PEG前后表面電位變化；(d)CuS-PEG NPs血清穩定性分析；(e)CuS-PEG NPs光聲信號強度與其濃度的關系；(f)CuS-PEG NPs的吸收光譜圖。II808 nm和1275 nm激光的體外組織穿透能力對比首先對比了兩種激光對于不同厚度豬肉組織的穿透能力。在不同厚度豬肉組織遮擋下，1275 nm激光的穿透比率均高于808 nm激光。隨后，通過兩種激光照射組織升溫，反應組織對于兩種激光的散射效應的差異。組織對于1275 nm激光的散射效應較808 nm激光更低。
圖2 (a)808 nm和1275 nm激光穿透不同厚度豬肉組織后的剩余激光強度比例；(b)兩種激光照射豬肉塊組織后的熱像圖；(c)豬肉塊矢狀面和水平面上溫度高于某一值的相對面積。
III 兩種激光的深層組織升溫能力對比
相同功率密度的兩種激光照射對應濃度的CuS-PEGNPs溶液，CuS-PEGNPs的升溫幅度較為接近。而在覆蓋不同厚度豬肉組織以模擬深層環境后，1275nm激光組溶液升溫顯著高于808nm激光組。
圖3 (a)無組織遮擋，不同激光條件照射時CuS-PEG NPs的升溫曲線；(b)不同厚度組織遮擋，不同激光條件照射時CuS-PEGNPs溶液的升溫曲線。
IV 兩種激光的體外細胞殺傷能力對比
4T-1細胞鋪板于96孔板，設置不同條件組別，測試了兩種激光對于細胞的殺傷能力。實驗結束后通過MTT法測量細胞活力，通過Hoechst 33342和PI雙染觀察細胞狀態。1275 nm激光較808 nm激光顯示出更強的深層細胞殺傷能力。
圖4 (a)不同厚度豬肉組織遮擋的體外細胞光熱實驗MTT結果；(b)細胞光熱實驗后Hoechst-PI熒光雙染結果。
V 兩種激光的體內腫瘤殺傷能力對比
通過皮下接種4T-1細胞，構建荷瘤鼠模型。瘤內注射CuS-PEGNPs或PBS，覆蓋5 mm厚豬肉組織，隨后照射兩種激光。實驗結束時記錄小鼠全身熱像圖，并在接下來的16天內持續記錄小鼠全身圖像、腫瘤體積以及體重。第16天時，記錄腫瘤重量。瘤內注射CuS-PEGNPs并照射1275nm激光組顯示出良好的腫瘤光熱治療效果，而808nm激光并未能有效殺死腫瘤組織。
圖5 (a)光熱治療結束時不同組小鼠全身熱像圖；(b)光熱治療前后小鼠全身圖像；(c)光熱治療結束后腫瘤相對體積變化曲線；(d)光熱治療結束第16天腫瘤相重量；(e)光熱治療結束后小鼠體重變化曲線。
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