光聲成像材料探索：腫瘤微環(huán)境激活的光聲成像顯影劑

在生物成像和光診療學(xué)領(lǐng)域，通過對材料的結(jié)構(gòu)調(diào)整以控制其光學(xué)性質(zhì)是探索新材料，發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用的重要且常見方式。貴金屬就是其中較為主要的一類原料，但通常的貴金屬材料存在兩個明顯缺點(diǎn)：一、激發(fā)波長通常落在可見光和近紅外一區(qū)（NIR-I，700 – 1000 nm），這使得成像的深度降低，同時無法與組織發(fā)生明顯的作用；二、該類材料通常不具備激活功能（即始終在線，Always-on），使得難以從成像中分辨目標(biāo)和其他無關(guān)組織，同時可能會存在未知副反應(yīng)。

在這樣的背景下，作者Chunyu Zhou等人將目標(biāo)放在更高信噪比、更大成像深度的近紅外二區(qū)（NIR-II，1000 – 1700 nm），開發(fā)能夠?qū)δ[瘤微環(huán)境進(jìn)行響應(yīng)的貴金屬納米材料。該材料以金納米粒子（Gold nanoparticles，AuNPs）為主體（見圖1），在乙醇和水的混合體系中使其形成納米鏈（Nanochain）。之后引入四乙氧基硅烷（Tetraethyl orthosilicate，TEOS），水解后包裹金納米鏈，形成核鞘結(jié)構(gòu)（Core-sheath nanostructure，AuNCs@SiO₂）。注射至小鼠體內(nèi)后，因腫瘤微環(huán)境（Tumor microenvironment，TME）中高H₂O₂水平觸發(fā)鄰近金納米顆粒在AuNCs@SiO₂的有限局部空間內(nèi)融合，從而產(chǎn)生了具有強(qiáng)NIR-II吸收的串狀結(jié)構(gòu)。

圖1：AuNCs@SiO₂作用示意圖

因AuNCs@SiO₂具有TME激活特性，因此不容易受其他組織的影響，表現(xiàn)出優(yōu)異的光聲成像性能（圖2）。

圖2：正常組織與腫瘤組織的超聲、光聲成像對比

同時，AuNCs@SiO₂在1064 nm處光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)82.2%（圖3），可導(dǎo)致癌細(xì)胞嚴(yán)重死亡，顯著抑制腫瘤生長（圖4、5、6）。

圖3：AuNCs@SiO₂與其他已報(bào)道的光熱治療試劑的轉(zhuǎn)換效率對比：1) AuNCs@SiO₂; 2) Au₃Cu@PEG TPNCs; 3) Au-wires-on-AuNR; 4) Pt Spiral; 5) Cu₂MnS₂ NPs; 6) Nb₂C (Mxene); 7) Cu₃BiS₃ NRs; 8) L-Pdots; 9) TBDOPV-DT NPs; 10) SPN-DT

圖4：注射PBS和AuNCs@SiO₂的荷4T1瘤小鼠光熱紅外熱成像（1064 nm NIR-II激光，0.5 W/cm²）

圖5：注射PBS和AuNCs@SiO₂后，腫瘤部位溫度與照射時長的變化趨勢

圖6：接受相應(yīng)治療后的小鼠腫瘤大小對比（I：PBS；II：AuNCs@SiO₂；III：PBS+Laser；IV：AuNCs@SiO₂+Laser）

總結(jié)：作者首次成功合成出具有TME響應(yīng)的、同時具有光聲成像和光熱治療功能的二氧化硅包裹自組裝金納米鏈。通過TME中高濃度H₂O₂水，使金納米粒子表面檸檬酸氧化，進(jìn)而脫離納米粒子表面，導(dǎo)致金納米粒子融合，產(chǎn)生強(qiáng)NIR-II吸收。這一新型材料或許能夠?yàn)闇?zhǔn)確非侵入性診療打開新的大門。

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