研究背景

腫瘤的光熱治療是一種新興的腫瘤治療方法。與傳統(tǒng)的治療方式相比，光熱治療具有較高的特異性和精確的時(shí)空選擇性，在腫瘤治療中表現(xiàn)出優(yōu)異的效果。但由于激光穿透人體組織深度有限，目前光熱治療難以對(duì)位于組織深層的腫瘤開(kāi)展有效治療。為了進(jìn)一步促進(jìn)光熱治療的臨床轉(zhuǎn)化，特別是治療位于組織深層的腫瘤，提高激光的組織穿透深度是非常有必要的。

Deep-Tissue Photothermal Therapy Using Laser Illumination at NIR-IIa WindowXunzhi Wu, Yongkuan Suo, Hui Shi, Ruiqi Liu, Fengxia Wu, Tingzhong Wang, Lina Ma, Hongguang Liu*, Zhen Cheng*Nano-Micro Lett.(2020)12:38https://doi.org/10.1007/s40820-020-0378-6

本文亮點(diǎn)

1合成了在808 nm和1275 nm處具有相近吸收值的聚乙二醇包裹的硫化銅納米顆粒，并對(duì)比了這兩種激光在深層組織光熱治療方面的能力。2使用5 mm豬肉組織遮擋腫瘤組織以模擬深層組織環(huán)境時(shí)，1275 nm激光較808 nm激光展現(xiàn)出更為卓越的腫瘤光熱治療效果。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

東北大學(xué)生命科學(xué)與健康學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所劉弘光教授課題組合成了在808 nm和1275 nm處具有相近吸收值的聚乙二醇包裹的硫化銅納米顆粒（CuS-PEG NPs），以此為平臺(tái)，對(duì)比了808 nm和1275 nm激光在深層組織光熱治療方面的能力。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，1275 nm激光較808 nm激光展現(xiàn)出更高的組織穿透比率，更高的深層組織升溫能力以及更有效的深層組織腫瘤殺傷能力。通過(guò)鼠尾靜脈注射CuS-PEG NPs后開(kāi)展的光熱治療實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了1275 nm激光應(yīng)用于光熱治療的可行性。

圖文導(dǎo)讀

I CuS NPs及CuS-PEG NPs的合成與表征

合成了CuS NPs并進(jìn)一步在表面連接PEG。連接前后納米顆粒水合粒徑增大19 nm，表面電位增大14 mV。CuS-PEG NPs在血清中穩(wěn)定性較好，7天內(nèi)水合粒徑未發(fā)生顯著變化。在測(cè)試濃度范圍內(nèi)，CuS-PEG NPs的光聲信號(hào)強(qiáng)度與其濃度成正比。CuS-PEG NPs在808 nm和1275 nm處的吸收值較為接近。

圖1(a)CuS NPs的水合粒徑與透射電鏡圖；(b)CuS-PEG NPs的水合粒徑與透射電鏡圖；(c)CuSNPs連接PEG前后表面電位變化；(d)CuS-PEG NPs血清穩(wěn)定性分析；(e)CuS-PEG NPs光聲信號(hào)強(qiáng)度與其濃度的關(guān)系；(f)CuS-PEG NPs的吸收光譜圖。II808 nm和1275 nm激光的體外組織穿透能力對(duì)比首先對(duì)比了兩種激光對(duì)于不同厚度豬肉組織的穿透能力。在不同厚度豬肉組織遮擋下，1275 nm激光的穿透比率均高于808 nm激光。隨后，通過(guò)兩種激光照射組織升溫，反應(yīng)組織對(duì)于兩種激光的散射效應(yīng)的差異。組織對(duì)于1275 nm激光的散射效應(yīng)較808 nm激光更低。

圖2 (a)808 nm和1275 nm激光穿透不同厚度豬肉組織后的剩余激光強(qiáng)度比例；(b)兩種激光照射豬肉塊組織后的熱像圖；(c)豬肉塊矢狀面和水平面上溫度高于某一值的相對(duì)面積。

III 兩種激光的深層組織升溫能力對(duì)比

相同功率密度的兩種激光照射對(duì)應(yīng)濃度的CuS-PEGNPs溶液，CuS-PEGNPs的升溫幅度較為接近。而在覆蓋不同厚度豬肉組織以模擬深層環(huán)境后，1275nm激光組溶液升溫顯著高于808nm激光組。

圖3 (a)無(wú)組織遮擋，不同激光條件照射時(shí)CuS-PEG NPs的升溫曲線；(b)不同厚度組織遮擋，不同激光條件照射時(shí)CuS-PEGNPs溶液的升溫曲線。

IV 兩種激光的體外細(xì)胞殺傷能力對(duì)比

4T-1細(xì)胞鋪板于96孔板，設(shè)置不同條件組別，測(cè)試了兩種激光對(duì)于細(xì)胞的殺傷能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)MTT法測(cè)量細(xì)胞活力，通過(guò)Hoechst 33342和PI雙染觀察細(xì)胞狀態(tài)。1275 nm激光較808 nm激光顯示出更強(qiáng)的深層細(xì)胞殺傷能力。

圖4 (a)不同厚度豬肉組織遮擋的體外細(xì)胞光熱實(shí)驗(yàn)MTT結(jié)果；(b)細(xì)胞光熱實(shí)驗(yàn)后Hoechst-PI熒光雙染結(jié)果。

V 兩種激光的體內(nèi)腫瘤殺傷能力對(duì)比

通過(guò)皮下接種4T-1細(xì)胞，構(gòu)建荷瘤鼠模型。瘤內(nèi)注射CuS-PEGNPs或PBS，覆蓋5 mm厚豬肉組織，隨后照射兩種激光。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)記錄小鼠全身熱像圖，并在接下來(lái)的16天內(nèi)持續(xù)記錄小鼠全身圖像、腫瘤體積以及體重。第16天時(shí)，記錄腫瘤重量。瘤內(nèi)注射CuS-PEGNPs并照射1275nm激光組顯示出良好的腫瘤光熱治療效果，而808nm激光并未能有效殺死腫瘤組織。

圖5 (a)光熱治療結(jié)束時(shí)不同組小鼠全身熱像圖；(b)光熱治療前后小鼠全身圖像；(c)光熱治療結(jié)束后腫瘤相對(duì)體積變化曲線；(d)光熱治療結(jié)束第16天腫瘤相重量；(e)光熱治療結(jié)束后小鼠體重變化曲線。

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