第一作者：Yongji Wang、Ningqiang Gong
通訊作者：李景虹
通訊單位：清華大學
光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）納米劑顯示出巨大的癌症治療潛力。這種納米材料在腫瘤區域積聚，在那裡材料可以將吸收的近紅外（NIR）光能轉化為熱能，導致局部高溫殺死癌細胞。此外，許多此類材料會產生高水平的活性氧（ROS），也可有效誘導癌細胞死亡。
隨著納米技術的發展，癌症治療取得了重大進展。這些進展包括功能化的金屬納米顆粒、有機光敏劑、半導體聚合物和2D納米片。與同類產品相比，超薄結構具有出色的抗癌性能。此外，如果納米材料顆粒足夠小，尤其是具有原子級尺寸的納米材料顆粒，那麼它們的大表面積會產生許多新的光學效應。還有，可以使用摻雜使這些材料具有新穎的光學性質。因此，這種納米材料可以在癌症治療學中具有獨特的應用。
在先前的研究中發現，通過調節摻入七鉬酸銨中的硫的量，可以容易地合成原子級的環狀治療劑，稱之為「原子級納米環」（A-NRs）。此外，還報導了硫摻雜對A-NRs的形成至關重要，無硫源時，只能獲得MoO2 納米粒子，然而，過量的硫摻雜則形成S-MoOS-MoOx納米片，因此，適當的硫摻雜才會導致晶態向非晶態轉變。A-NRs結構限制了其原子和電子的自由度，使S-MoOxA-NRs具有較高的光熱轉換效率。此外，與其他幾何形狀的納米材料相比，環形納米材料顯示出更好的腫瘤堆積。
成果簡介：
有鑒於此，清華大學李景虹院士等人利用先前研究的原子級納米環用於生物醫學研究，採用DSPE-mPEG2000包覆納米環，以提高S-MoOxA-NRs的生物相容性。PEG@S-MoOxA-NRs能允許進行光聲成像（PAI）引導腫瘤的檢測和PTT/PDT聯合治療，這被證明是一種有前景的腫瘤治療策略。
圖1. 示意圖
要點1：材料製備與表征
材料表徵實驗表明，A-NRs的直徑約為20nm，厚度約為0.5nm，從紅外光譜和粒徑的增加可以看出A-NRs已被成功包覆上PEG層。研究人員還評估了PEG@S-MoOxA-NRs的穩定性和光熱轉化能力，發現它們表現出良好的光穩定性和膠體穩定性以及強的近紅外吸收，而且光熱轉化效率相比其他納米粒子都要高。
另外，研究人員發現PEG@S-MoOxA-NRs在近紅外光照射時能產生ROS，且在NIR區域具有強吸收和濃度依賴的PA信號強度。
圖2.材料製備與表征
要點2：細胞實驗
研究人員進行細胞相關實驗，實驗表明，S-MoOxA-NRs具有良好的生物相容性，且表明PDT/PTT協同作用機制參與了腫瘤細胞的殺傷。（此處，研究人員使用去除PDT效應的試劑：N-乙醯半胱氨酸，進行處理）。另外，通過活死細胞染色和活性氧探針檢測表明S-MoOxA-NRs是體外殺死癌細胞的良好光療劑。
圖3. 細胞實驗
要點3. 體內抗腫瘤實驗
研究人員使用體內模型研究了三種納米材料的抗腫瘤作用。即：PEG@MoO2 納米顆粒，S-MoOS-MoOxA-NRs或PEG@S-MoOx納米片。PEG@S-MoOx A-NRs顯示出比其他兩種材料更好的治療效果。
另外，在i.v.注射後，PA成像表明，PEG@S-MoOx A-NRs具有更好的腫瘤累積。後面進行NIR照射進行治療，結果表明PTT / PDT聯合治療組的治療效果更好，且在體內無毒性。因此，PEG @ S-MoOx A-NRs具有優異的光療功效和生物相容性。
圖4. 動物實驗
小結：
綜上所述，通過合成了原子級超薄硫摻雜的氧化鉬納米環，並用DSPE-mPEG2000對其進行了包覆。這些顆粒在808 nm雷射照射下表現出高的光熱轉化率和ROS生成能力。所有的體外和體內實驗均表明，PEG@S-MoOxA-NR可用作體內的PAI和PTT / PDT協同治療治療劑。因此，這些A-NRs在未來的生物醫學應用中具有巨大的潛力。
參考文獻：
Yongji Wang, Ningqiang Gong, Yujie Li, Qichen Lu, Xun Wang, and Jinghong Li. Atomic-Level Nanorings (A-NRs) Therapeutic Agent for Photoacoustic Imaging and Photothermal/Photodynamic Therapy of Cancer. Journal of the American Chemical Society 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b11553
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11553
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