上海微系統(tǒng)所在腫瘤聲動力治療方面取得進(jìn)展

作為一種新興的非侵入性腫瘤治療手段，聲動力治療（SDT）技術(shù)在近年來發(fā)展迅速。較之于現(xiàn)有的光動力治療技術(shù)，SDT技術(shù)具有更好的組織穿透能力，因此其在腫瘤治療領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢。超聲作用下的聲熱、聲空化和聲化學(xué)過程是公認(rèn)的SDT過程對腫瘤細(xì)胞殺滅的主要機(jī)制。其中，聲敏劑參與下的聲化學(xué)過程在SDT過程中起著至關(guān)重要的作用。因此，開發(fā)具有高聲敏活性的新型聲敏劑是擺在SDT技術(shù)面前的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所丁古巧團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院段俊麗團(tuán)隊(duì)、中山醫(yī)院石一沁博士合作，首次證實(shí)N摻雜石墨烯量子點(diǎn)（N-GQDs）的優(yōu)異聲敏活性。N-GQDs在超聲輻照下的活性氧（ROS：單線態(tài)氧及羥基自由基）的生成效率為傳統(tǒng)聲敏劑的3-5倍（圖1a）。更重要的是，該工作首次明確了N摻雜碳納米結(jié)構(gòu)的聲化學(xué)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果表明，N-GQDs中的吡咯N和吡啶N是其聲化學(xué)過程的反應(yīng)位點(diǎn)。上述機(jī)制的明確對高性能碳基聲敏劑的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要借鑒意義。此外，由于石墨烯量子點(diǎn)晶格中吡咯N和吡啶N的穩(wěn)定性，N-GQDs在進(jìn)行腫瘤靶向修飾后（FA-N-GQDs）仍具有優(yōu)異的聲敏活性。?

進(jìn)一步的組學(xué)結(jié)果表明，超聲下FA-N-GQDs產(chǎn)生的大量ROS可使高p53蛋白表達(dá)的腫瘤細(xì)胞中氧化應(yīng)激反應(yīng)通過PEX通路被激活，進(jìn)而通過p53蛋白促使腫瘤細(xì)胞凋亡（圖1b）。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)A-N-GQDs參與下的SDT過程對各腫瘤細(xì)胞的殺滅效率均大于95%。此外，小鼠皮下瘤模型治療結(jié)果表明，經(jīng)由靶向修飾的FA-N-GQDs可快速穩(wěn)定地富集于腫瘤組織，在14天內(nèi)進(jìn)行兩次超聲輻照后，瘤體減小95%以上（圖1c）。同時(shí)，基于FA-N-GQDs優(yōu)異的穩(wěn)定性及生物安全性，治療過程中未發(fā)現(xiàn)顯著的毒副作用。

圖1. (a)N-GQDs聲化學(xué)效率與傳統(tǒng)聲敏劑對比。(b) 高p53蛋白表達(dá)的腫瘤細(xì)胞在FA-N-GQDs參與下超聲處理后的組學(xué)結(jié)果。(c) FA-N-GQDs參與下SDT過程中小鼠皮下瘤尺寸變化。??

上述工作不僅是石墨烯量子點(diǎn)在SDT領(lǐng)域的首次應(yīng)用探索研究，同時(shí)揭示了碳納米結(jié)構(gòu)中吡咯N和吡啶N作為聲化學(xué)反應(yīng)中心在SDT過程中的作用機(jī)制，對高性能聲敏劑，特別是無金屬碳基聲敏劑的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。相關(guān)研究成果近期以“Graphene Quantum Dots with Pyrrole N and Pyridine N: Superior Reactive Oxygen Species Generation Efficiency for Metal-free Sonodynamic Tumor Therapy”為題在線發(fā)表于Small (IF=11.459)。論文第一作者為中科院上海微系統(tǒng)所助理研究員楊思維博士，共同第一作者為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院王雪連博士，通訊作者為中科院上海微系統(tǒng)所丁古巧研究員、中山醫(yī)院石一沁博士。相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金（11804353, 11774368）、上海市科委項(xiàng)目（18511110600）等資金支持。?

原文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202004867?