X射線激發(fā)發(fā)光體在光動力治療中的應(yīng)用
發(fā)布時間：2019-09-30 20:30
【摘要】：激發(fā)光的組織穿透能力和光敏劑的吸收波長阻礙了傳統(tǒng)光動力治療(photodynamic therapy,PDT)對深層腫瘤的有效治療。近年來,基于X射線直接激發(fā)光敏劑或以X射線激發(fā)納米閃爍體作為能量傳遞介質(zhì)間接激發(fā)光敏劑的X射線激發(fā)的光動力治療方法(XE-PDT)成為深層腫瘤治療領(lǐng)域的研究熱點。本文將重點介紹近五年來被報道的X射線激發(fā)納米閃爍體類型、光敏劑負(fù)載策略、能量傳遞效果以及光動力治療效果,同時對深層腫瘤光動力治療中存在的主要問題、挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向進(jìn)行展望。
【圖文】：
汀⒐餉艏糧?載策略、作用機制、能量傳遞過程以及光動力治療效果，同時對深層腫瘤光動力治療中存在的主要問題、挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向進(jìn)行展望。2X射線激發(fā)光動力治療作用機制光動力治療的效果由光敏劑功效和光的特性(強度和波長)來決定，其實現(xiàn)治療的前提是光敏劑能富集到腫瘤部位并且激發(fā)光能被傳輸?shù)焦饷魟┣冶晃�。目前傳統(tǒng)光敏劑主要吸收波段仍然小于650nm，如常用的卟啉衍生物類的光敏劑的強吸收Soret帶落在紫外-藍(lán)光帶。由于紫外藍(lán)光帶的光穿透深度太淺，通常用600～700nm的弱衛(wèi)星吸收帶(Q帶)進(jìn)行治療(如圖1所示)，因此在單線態(tài)氧(1O2)產(chǎn)率和穿透深度方面均受到局限［6］。圖1(a)PDT常用的激發(fā)光源穿透深度［2］;(b)卟啉光敏劑的吸收光譜Fig．1(a)Comparisonoftissuepenetrationofdifferentexcitationsources［2］;(b)UV/Visabsorptionspectrumofporphyrinderivatives激光的穿透力是激光光動力治療腫瘤的最大短板，決定了這種療法只能治療體表、淺表或較小的腫瘤。放射治療最大優(yōu)勢是X射線穿透力強，特別是現(xiàn)代放射治療技術(shù)能夠精確控制治療深度、治療范圍和治療劑量，但是其療效受限于與治療機制有關(guān)的幾個放射生物學(xué)因素，例如腫瘤細(xì)胞自身放射敏感性、腫瘤組織與鄰近器官或組織敏感性差別(放射線對腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞沒有靶向性)，這也是放射治療難以克服的自身不足［4］。如果將兩種治療手段優(yōu)勢互補，即將放射線的穿透深度可控特性、光敏劑的靶向性以及放射線本身對細(xì)胞殺滅作用結(jié)合起來，腫瘤治療效果將大大增強。XE-PDT是應(yīng)用X射線直接或者間接激發(fā)相應(yīng)的光敏劑，利用光敏劑在腫瘤組織內(nèi)的特異性富集作用、X射線的高穿透性和對光敏劑的激發(fā)作用，以及X射線本身對腫瘤細(xì)胞的強大
Ｒeview化學(xué)進(jìn)展·1490·ProgressinChemistry，2017，29(12):1488～1498低，因此X射線直接激發(fā)的光敏劑報道非常少，，目前主要采取第二種策略來構(gòu)筑XE-PDT平臺。納米閃爍體實現(xiàn)能量傳遞的前提是能高效吸收X射線能量，并能發(fā)射與光敏劑吸收光譜匹配的光［7～9］。以X射線激發(fā)閃爍納米粒子作為能量介質(zhì)的XE-PDT的作用機制如圖2所示。首先選擇光譜匹配的納米閃爍體與光敏劑，通過自組裝或者共價鍵接枝得到納米復(fù)合體;然后通過靶向分子引導(dǎo)納米光敏劑體系在腫瘤部位富集;用X射線激發(fā)被包裹的納米閃爍體發(fā)光，將能量傳遞給光敏劑產(chǎn)生光動力效應(yīng)。光敏劑的光動力作用機制如圖2b所示，將根據(jù)光敏劑本身的性質(zhì)(Ⅰ型或者Ⅱ型)產(chǎn)生活性氧(包括·OH、·O2以及1O2)，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡或壞死。將X射線與光動力治療相結(jié)合可以降低放射劑量同時提高靶向性，從而獲得更好的治療效果。圖2(a)納米閃爍體作為X射線傳輸介質(zhì)應(yīng)用于XE-PDT示意圖;(b)光敏劑的光動力作用機制［2］Fig．2(a)SchemeofapplicationofnanoscintillatoractingasanX-raytransducerinXE-PDT;(b)SchemeofthephotochemicalreactionsfortypeⅠandtypeⅡPDT［2］3常用的光敏劑負(fù)載策略構(gòu)建基于能量傳遞的XE-PDT體系的前提是X射線激發(fā)閃爍體與光敏劑的能級要匹配，能實現(xiàn)高效能量傳遞。相比于傳統(tǒng)的藥物負(fù)載策略，該體系中的負(fù)載策略更加注重納米閃爍體與光敏劑之間的結(jié)合方式、負(fù)載量、分子間距離以及組裝介質(zhì)的光吸收性質(zhì)的調(diào)控。3.1溶膠-凝膠法納米閃爍體通常需要高溫?zé)Y(jié)得到，顆粒比較大，表面基團(tuán)較少，通常需要經(jīng)球磨和堿處理使其表面裸露羥基，因而很容易在其表面通過溶膠凝膠法修飾二氧化硅材料。同時介孔二氧化硅材料由于其高比表面積、高
【作者單位】： 南京郵電大學(xué)有機電子與信息顯示國家重點實驗室培育基地江蘇省生物傳感材料與技術(shù)重點實驗室信息材料與納米技術(shù)研究院江蘇先進(jìn)生物與化學(xué)制造協(xié)同創(chuàng)新中心;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項目(No.61775103,21671108,51473078) 江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項目(No.17KJB430025) 南京郵電大學(xué)校級科研基金(No.NY214095,NY217080)資助~~
【分類號】：R730.5
【圖文】：
汀⒐餉艏糧?載策略、作用機制、能量傳遞過程以及光動力治療效果，同時對深層腫瘤光動力治療中存在的主要問題、挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向進(jìn)行展望。2X射線激發(fā)光動力治療作用機制光動力治療的效果由光敏劑功效和光的特性(強度和波長)來決定，其實現(xiàn)治療的前提是光敏劑能富集到腫瘤部位并且激發(fā)光能被傳輸?shù)焦饷魟┣冶晃�。目前傳統(tǒng)光敏劑主要吸收波段仍然小于650nm，如常用的卟啉衍生物類的光敏劑的強吸收Soret帶落在紫外-藍(lán)光帶。由于紫外藍(lán)光帶的光穿透深度太淺，通常用600～700nm的弱衛(wèi)星吸收帶(Q帶)進(jìn)行治療(如圖1所示)，因此在單線態(tài)氧(1O2)產(chǎn)率和穿透深度方面均受到局限［6］。圖1(a)PDT常用的激發(fā)光源穿透深度［2］;(b)卟啉光敏劑的吸收光譜Fig．1(a)Comparisonoftissuepenetrationofdifferentexcitationsources［2］;(b)UV/Visabsorptionspectrumofporphyrinderivatives激光的穿透力是激光光動力治療腫瘤的最大短板，決定了這種療法只能治療體表、淺表或較小的腫瘤。放射治療最大優(yōu)勢是X射線穿透力強，特別是現(xiàn)代放射治療技術(shù)能夠精確控制治療深度、治療范圍和治療劑量，但是其療效受限于與治療機制有關(guān)的幾個放射生物學(xué)因素，例如腫瘤細(xì)胞自身放射敏感性、腫瘤組織與鄰近器官或組織敏感性差別(放射線對腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞沒有靶向性)，這也是放射治療難以克服的自身不足［4］。如果將兩種治療手段優(yōu)勢互補，即將放射線的穿透深度可控特性、光敏劑的靶向性以及放射線本身對細(xì)胞殺滅作用結(jié)合起來，腫瘤治療效果將大大增強。XE-PDT是應(yīng)用X射線直接或者間接激發(fā)相應(yīng)的光敏劑，利用光敏劑在腫瘤組織內(nèi)的特異性富集作用、X射線的高穿透性和對光敏劑的激發(fā)作用，以及X射線本身對腫瘤細(xì)胞的強大
Ｒeview化學(xué)進(jìn)展·1490·ProgressinChemistry，2017，29(12):1488～1498低，因此X射線直接激發(fā)的光敏劑報道非常少，，目前主要采取第二種策略來構(gòu)筑XE-PDT平臺。納米閃爍體實現(xiàn)能量傳遞的前提是能高效吸收X射線能量，并能發(fā)射與光敏劑吸收光譜匹配的光［7～9］。以X射線激發(fā)閃爍納米粒子作為能量介質(zhì)的XE-PDT的作用機制如圖2所示。首先選擇光譜匹配的納米閃爍體與光敏劑，通過自組裝或者共價鍵接枝得到納米復(fù)合體;然后通過靶向分子引導(dǎo)納米光敏劑體系在腫瘤部位富集;用X射線激發(fā)被包裹的納米閃爍體發(fā)光，將能量傳遞給光敏劑產(chǎn)生光動力效應(yīng)。光敏劑的光動力作用機制如圖2b所示，將根據(jù)光敏劑本身的性質(zhì)(Ⅰ型或者Ⅱ型)產(chǎn)生活性氧(包括·OH、·O2以及1O2)，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡或壞死。將X射線與光動力治療相結(jié)合可以降低放射劑量同時提高靶向性，從而獲得更好的治療效果。圖2(a)納米閃爍體作為X射線傳輸介質(zhì)應(yīng)用于XE-PDT示意圖;(b)光敏劑的光動力作用機制［2］Fig．2(a)SchemeofapplicationofnanoscintillatoractingasanX-raytransducerinXE-PDT;(b)SchemeofthephotochemicalreactionsfortypeⅠandtypeⅡPDT［2］3常用的光敏劑負(fù)載策略構(gòu)建基于能量傳遞的XE-PDT體系的前提是X射線激發(fā)閃爍體與光敏劑的能級要匹配，能實現(xiàn)高效能量傳遞。相比于傳統(tǒng)的藥物負(fù)載策略，該體系中的負(fù)載策略更加注重納米閃爍體與光敏劑之間的結(jié)合方式、負(fù)載量、分子間距離以及組裝介質(zhì)的光吸收性質(zhì)的調(diào)控。3.1溶膠-凝膠法納米閃爍體通常需要高溫?zé)Y(jié)得到，顆粒比較大，表面基團(tuán)較少，通常需要經(jīng)球磨和堿處理使其表面裸露羥基，因而很容易在其表面通過溶膠凝膠法修飾二氧化硅材料。同時介孔二氧化硅材料由于其高比表面積、高
【作者單位】： 南京郵電大學(xué)有機電子與信息顯示國家重點實驗室培育基地江蘇省生物傳感材料與技術(shù)重點實驗室信息材料與納米技術(shù)研究院江蘇先進(jìn)生物與化學(xué)制造協(xié)同創(chuàng)新中心;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項目(No.61775103,21671108,51473078) 江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項目(No.17KJB430025) 南京郵電大學(xué)校級科研基金(No.NY214095,NY217080)資助~~
【分類號】：R730.5
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6 苗雄鷹;文宇;劉忠濤;鄧小峰;黃婭s
本文編號：2544460
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