上海硅酸盐所肿瘤多功能稀土诊疗剂研究取得系列进展

【中钨在线新闻网-稀土新闻】         

诊疗纳米医学（Theranostic nanomedicine）是纳米生物医学研究领域中一个新兴的重要分支，这种以多功能纳米诊疗剂构建的集医学诊断和原位治疗于一体的新技术，有望在未来人类重大疾病的诊断和治疗中发挥重要作用，是当前国际研究的热点和前沿领域。近年来，基于稀土化合物的上转换发光纳米颗粒（UCNPs）作为一种新型的多功能纳米诊疗剂，具有近红外光激发、上转换发光（UCL）成像、磁共振成像（MRI）等功能优势，在肿瘤的多模式影像诊断和高效治疗中的应用基础研究倍受关注。

中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林研究员带领的介孔与低维纳米材料课题组，长期从事无机功能纳米材料的化学制备及生物学应用研究。最近，该课题组围绕如何实现癌症的高效诊断和治疗这一主题，开展了一系列富有成效的研究探索，在基于UCNPs的多功能诊疗剂研究中取得了一系列重要创新进展。首先，针对如何提高钆掺杂造影剂（Gd-UCNPs）的UCL/MRI双模式成像性能，构建了具有不同体相钆和表面钆分布密度的三种结构模型，澄清了体相钆和表面钆在T1-MRI性能上的争议，并首次提出了在无机Gd-UCNPs造影剂中上转换发光和磁共振成像存在着“正负晶格屏蔽效应”。在此基础上，通过构建多种表面修饰的Gd-UCNPs，进一步阐明了无机Gd-UCNPs造影剂的T1-MRI磁共振成像机理，在机理指导下，通过同时优化Gd-UCNPs内核结构以及表面修饰，获得了目前基于该类材料报道的最高r1值（达到14.73 mM-1s-1）；同时，证实了所制备的Gd-UCNPs纳米探针在小鼠活体内具有优良的UCL/T1-MR双模式成像功能。

在此基础上，他们系统开展了基于UCNPs的肿瘤多模式造影剂及其生物学效应研究。综合考虑不同成像模式在空间分辨率、成像深度和应用领域中各自的优势，借助于金颗粒（Au）的高X射线衰减吸收系数，他们将粒径为1-2nm的Au纳米颗粒嫁接于NaYF4:Yb/Gd/Er/Tm@SiO2表面形成“芝麻球”状的多模式成像探针，在小鼠肿瘤区域实现了UCL/MR/CT多模式成像探测。为了提高探针的多模式成像性能和生物相容性，他们进一步发展了NaYF4:Yb/Er/Tm@NaGdF4@TaOx核壳结构纳米探针，TaOx外壳不仅提供优异的生物相容性，而且TaOx本身即是优良的CT成像造影剂。为了进一步考察多模式探针在活体内的分布、代谢及组织毒性等，他们设计和制备了Yb-UCNPs多功能纳米探针，该探针无需任何功能化即可实现高的上转换发光和CT成像性能（比临床用碘剂提高一倍）；系统研究其在体内的分布、代谢及组织毒性后发现，该纳米探针具有良好的生物相容性。

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