隨著技術(shù)的進步以及人們生活水平的提高，人類的平均壽命在不斷提升。然而不可避免的，DNA等遺傳物質(zhì)在復制和修復過程中不斷累積的錯誤最終導致了癌癥的發(fā)生。惡性腫瘤仍是現(xiàn)階段危害人類生存及健康的首要因素，且缺乏行之有效的治療手段。其中，手術(shù)治療是當前應用最廣的針對實體腫瘤的治療辦法，除了較高的手術(shù)風險，還會造成臨近臟器的功能損害。非手術(shù)治療，如放療或化療，風險相對較低。但輻射引起的炎癥等副作用使許多患者無法忍受。
最近，中國科學院長春應用化學研究所稀土國重室王帆副研究員與同濟大學附屬肺科醫(yī)院楊洋教授合作共同研發(fā)了可直接局部注射治療的DNA-無機雜化光熱水凝膠材料，為腫瘤的光熱治療提供了新的思路。
上轉(zhuǎn)換納米顆粒的另一種用途
與以往將稀土摻雜熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒作為熒光探針用于檢測不同，本實驗合成的稀土-金雜化納米材料（UCNP-AuNPs）中，上轉(zhuǎn)換納米顆粒作為可接收近紅外光的能量中轉(zhuǎn)站來使用，通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移，將能量傳遞給表面的各向同性超小金納米粒子，后者通過表面等離子體共振將能量以熱能的形式釋放出去。
圖1.可注射用DNA-無機雜化光熱水凝膠（DNA-UCNP-Au）的合成示意圖。
UCNP-Au NPs的紫外吸收峰正好匹配UCNP經(jīng)808nm激光照射后在可見光區(qū)的發(fā)射峰，二者之間通過非輻射的方式實現(xiàn)能量傳遞，從而高效的將光能轉(zhuǎn)換為熱能。
天然長鏈DNA的新用途
隨后研究者將帶有正電荷的UCNP-AuNPs與經(jīng)過退火處理帶有負電荷的鮭魚精DNA（smDNA）通過物理纏繞、氫鍵和靜電力作用進行復合，從而得到了可注射稀土-DNA雜化水凝膠（DNA-UCNP-Au hydrogel）。復合后的DNA-UCNP-Au水凝膠相比單純UCNP-AuNPs具有良好的生物相容性，通過增加單位體積光熱納米粒子的濃度，有效提升了光熱轉(zhuǎn)換效率（42.67% vs 32.44%）。
圖2. A：DNA-UCNP-Au水凝膠與UCNP-Au NPs的光熱轉(zhuǎn)換對比；?B：DNA-UCNP-Au水凝膠與UCNP-Au NPs分別注入小鼠體內(nèi)后的熒光對比圖片；?C：DNA-UCNP-Au水凝膠與UCNP-Au NPs分別注入小鼠體內(nèi)后經(jīng)808nm激光照射后的局部升溫效果。
同時，由于其可注射性，該水凝膠可通過瘤旁注射的方式精確地加載于腫瘤周圍，從而將腫瘤與正常組織隔絕，利用光照產(chǎn)生的高溫及活性氧有效的殺滅腫瘤細胞，相較于UCNP-Au NPs組腫瘤復發(fā)率明顯降低。且可通過調(diào)控DNA分子和稀土基納米材料的比例，實現(xiàn)任意時間周期內(nèi)光熱水凝膠的降解。根據(jù)治療需要延長或縮短治療周期，避免多次給藥造成耐藥性的產(chǎn)生。
圖3. A：DNA-UCNP-Au水凝膠與UCNP-Au?NPs經(jīng)瘤旁注射后的光熱抗腫瘤效果對比；?B：觀察期末腫瘤解剖圖；?C：相對腫瘤大小變化；?D：腫瘤部位H&E染色；?E：光熱水凝膠治療機理圖。
該研究的意義在于，通過材料的組合應用，開拓了稀土摻雜熒光上轉(zhuǎn)換納米材料的光熱性能；相較于靜脈應用以及局部注射光熱納米材料，局部注射光熱凝膠抗腫瘤效果更為確切，為其他光熱材料的研發(fā)提供了啟示作用。
論文信息：
Injectable and NIR‐Responsive DNA–Inorganic HybridHydrogels with Outstanding Photothermal Therapy, Bin Liu, Jing Sun, Junjie Zhu,Bo Li, Chao Ma, Xinquan Gu, Kai Liu, Hongjie Zhang, Fan Wang, Juanjuan Su, YangYang, Adv. Mater., 2020, DOI:10.1002/adma.202004460.
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https://doi.org/10.1002/adma.202004460
