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降雨強研究組與北大醫學部合作在腫瘤治療方面取得新進展

  光動力學療法(Photodynamic therapy, PDT)是通過腫瘤組織對光敏劑的選擇性吸收和滯留,利用特定波長的光來激發光敏劑産生活性氧自由基(Reactive Oxygen Species, ROS)來殺傷腫瘤細胞,從而達到治療目的。與傳統的放、化療相比,光動力學療法具有極高的時空選擇性,對身體整體損傷小,且不容易産生耐藥性,在腫瘤治療中發揮越來越重要的作用。然而,目前臨床在用的光敏劑主要采用可見光激發,組織穿透能力弱,這嚴重地限制了其應用的範圍和治療效果。 

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所降雨强研究组与北京大学医学部沙印林团队长期合作,致力于纳米功能材料及其生物医学应用研究。研究团队采用二氢硫辛酸为配体的金纳米簇(AuNC@DHLA)作爲光敏劑,結合組織穿透深度大的近紅外脈沖光源,有效地提高了在體腫瘤的殺傷效果。

 

  AuNC@DHLA具有優異的雙光子性質,其雙光子吸收截面(Two Photon Absorption Cross-Section, δ2) 高達 ~106 GM1 GM = 10-50 cm4 s photon-1),遠高于Alexa 488GFP等傳統熒光染料(~102 GM)。更爲重要的是,在激光照射下,AuNC@DHLA可産生大量的超氧陰離子O2-?,實現了基于I型機制的光動力治療(傳統的光動力學治療産生活性氧自由基多以單線態氧1O2爲主,爲II型機制)。團隊在細胞和活體水平上系統地研究了基于AuNC@DHLA光動力治療的作用機理。實驗結果表明,AuNC@DHLA可通過caveolae介導的內吞作用進入腫瘤細胞,並富集在溶酶體部位,在光照條件下誘導産生大量超氧陰離子O2-?,進而引起溶酶體膜通透性增加,導致線粒體功能受損(膜電勢降低、形態改變)及細胞骨架斷裂,最終致使細胞凋亡/壞死。荷瘤小鼠模型實驗結果表明,AuNC@DHLA可高效抑制腫瘤的生長,其治療效果明顯優于臨床在用的艾拉(5-Aminolevulinic acid, 5-ALA)光敏劑。 

 

  研究團隊發展的AuNC@DHLA雙光子光動力療法具有生物安全性高、光動力學療效好、組織穿透深度大等優點,具有非常重要的臨床應用價值。 

 

  1: 基于AuNC@DHLA的双光子光动力疗法及其作用机理示意圖。 

  

2: 基于AuNC@DHLA的雙光子光動力療法用于在體腫瘤治療實際效果。 

  相關研究結果于20191031日在線發表于國際學術期刊ACS Nano (DOI:10.1021/acsnano.9b05169)。降雨強組助理研究員韓榮成、王志維同學與沙印林組趙苗同學爲該論文共同第一作者,降雨強研究員與沙印林教授爲共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃及分子發育生物學國家重點實驗室開放課題等項目資助。