光热治疗（PTT）是一种利用光热材料将光能转化为局部过热，从而杀死癌细胞的治疗方法。因其具有无创性、精确可操控性和良好的治疗效果，得到了临床医学研究人员的广泛关注。然而，光热治疗的潜在临床应用却面临着光热材料的光热转化效率低和生物相容性差等挑战。近些年来有机光热材料凭借其优越的的生物可降解性、低毒性和结构多样性，引起了研究工作者的极大兴趣。但是大部分的有机光热材料的光热转化效率较低、光热稳定性差，从而限制了其在光热治疗领域的应用。因此，如何有效提高有机光热材料的光热转化效率是目前该领域的一个研究热点。虽然目前已有研究尝试通过提高有机光热材料的非辐射跃迁以提高其光热转化效率，但从能源利用的角度判断来看，光热材料的光热转化效率仍然存在较大的提升空间。
近日，香港城市大学化学系的李振声（Chun-Sing LEE）教授、李盛亮博士和广州医科大学的郭伟圣教授等合作，开发了一种可降解的共轭寡聚物纳米材料用于高效的肿瘤光热治疗。该共轭寡聚物的主链由一个强的电子供体（D）和两个强的电子受体（A）连接而成，这种“A-D-A”的结构不仅有效降低了分子的能隙，而且增强了分子内的电荷转移以近乎完全地淬灭其荧光。另一方面，灵活的“D-A”结构促进了分子内转动，从而增强非辐射跃迁以产生更多的热量。当用PEG对该寡聚物进行包裹实现其水溶性后，纳米粒子（F8-PEG NPs）的光热转换效率高达82%，这为实现高效的光声成像和光热治疗提供了可能。据我们所知，和以往报道的光热材料相比，该光热转换效率是最高的。此外，当F8-PEG NPs在体内完成光热治疗任务后，其结构会被体内的酶所破坏从而实现降解，因此大大降低了纳米材料在体内的长期毒性。体外实验和体内实验均表明F8-PEG NPs具有高效的肿瘤杀灭能力。总的来说，该工作不仅表明该寡聚物纳米粒子是一类理想的光热治疗试剂，而且还为开发用于癌症诊疗的高性能有机纳米试剂提供了有益的指导。
图1. F8-PEG NPs用于高效的光热治疗。
图2. F8-PEG NPs的制备及其形貌粒径和光热性质表征。
首先，研究人员对该寡聚物纳米粒子的形貌、粒径及光学性质进行了表征。结果表明该纳米粒子呈现出规整的球形形貌，平均水合粒径约为58 nm，而且在808 nm有较强的吸收。此外，研究人员还研究了该寡聚物纳米粒子的光热性质。结果表明该寡聚物不仅有非常强的产热能力，而且具有非常好的稳定性。
图3. F8-PEG NPs对于A549、4T1和Hela三种癌细胞的杀伤效果评估。
鉴于其良好的光热性质，研究人员紧接着评估了F8-PEG NPs的体外生物相容性和杀伤癌细胞的能力。结果表明，在黑暗条件下，该寡聚物纳米粒子，即使在较高浓度下，对三种癌细胞（肺癌细胞A549、乳腺癌细胞4T1和宫颈癌细胞Hela）也几乎没有毒性；然而在808 nm激光照射条件下，F8-PEG NPs对这三种癌细胞产生了很强的杀伤力。由此说明，F8-PEG NPs具有良好的生物相容性和高效的肿瘤杀伤能力。
图4. F8-PEG NPs的降解性能表征。
此外，研究人员还对纳米粒子的降解性能进行了表征。研究发现，在生物酶（MPO）和过氧化氢（H2O2）存在的情况下，该纳米粒子可以被逐渐降解，因此有望大大降低纳米材料在体内的长期毒性。
图5. F8-PEG NPs在活体内的光热治疗效果表征。
最后，研究人员研究了F8-PEG NPs对于活体肿瘤的治疗效果。结果表明，F8-PEG NPs+Laser可以完全杀灭4T1细胞小鼠皮下移植肿瘤。此外，H&E染色实验也表明了该纳米粒子的生物安全性。因此，该研究工作不仅提供了一种高效的光热试剂，而且为开发高性能纳米光热试剂用于高效癌症诊疗提供了新思路。
相关研究成果发表在ACS Nano上，论文第一作者是香港城市大学的博士研究生李晓珍。
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Biodegradable π-Conjugated Oligomer Nanoparticles with High Photothermal Conversion Efficiency for Cancer Theranostics
Xiaozhen Li, Lu Liu, Shengliang Li, Yingpeng Wan, Jia-Xiong Chen, Shuang Tian, Zhongming Huang, Ya-Fang Xiao, Xiao Cui, Chengyang Xiang, Qinglong Tan, Xiao-Hong Zhang, Weisheng Guo, Xing-Jie Liang, Chun-Sing Lee
ACS Nano, 2019, DOI: 10.1021/acsnano.9b05383
李振声教授：香港城市大学化学系系主任，材料化学讲座教授及香港城市大学超金刚石及先进薄膜研究中心(COSDAF)主任。主要研究领域包括：有机光电材料及器件，材料界面科学，纳米生物医学等。在相关领域发表SCI论文700余篇，被引用48000余次（H-index 111），著作5部，获准美国专利16项，已主持香港研资局优配研究基金、科技创新署与香港城市大学资助等的科研项目超过50余项。同时，担任国际期刊《Materials Today Energy》主编，《Thin Solid Films》的副编辑，Nature Publishing group-《Asian Materials》的顾问委员会成员，《Materials Today》和《Materials Research Express》及《Physica Status Solidi》多个国际期刊的编委会成员。
https://www.x-mol.com/university/faculty/49758
郭伟圣博士：广州医科大学药学院和第二附属医院、国家呼吸疾病重点实验室，教授，广州医科大学2018年“南山学者”优秀人才，2018年广东省医学杰出青年人才。郭伟圣博士近年来在“精确诊疗纳米药物学评价及克服疾病治疗耐受”方面取得了一些重要成果。郭伟圣博士近5年以第一作者/通讯作者在Nature Communications、Nano Letters、ACS Nano、Adv Funct Materials、Theranostics、ACS Applied Materials & Interface、Nano Research等国际期刊上发表学术论文30篇，其中10分以上文章10篇，个人H指数19，申请国家发明专利9项；郭伟圣博士已主持承担国家和地方科研项目7项，包括国家自然科学基金面上项目和青年项目、中科院“中国-伊朗丝路基金”国际合作项目等。郭伟圣博士现为中国生物材料学会理事，中国生物医学工程再生医学分会委员，中国生物医学工程学会纳米医学工程分会委员，广东省医师协会转化医学分会委员。
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