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材料学院在多功能介孔纳米材料研究中取得系列重要进展
发布时间:2017-02-21   浏览次数:

    新年伊始,我校材料学院高水平研究成果频传。材料学院朱钰方教授课题组和德国德累斯顿工业大学Stefan Kaskel教授课题组合作,在可控制备核壳结构Fe3O4/mSiO2介孔纳米颗粒的基础上,巧妙设计石墨烯量子点(GQDs)为药物控释“开关”及光热治疗剂,获得pH和温度控制药物释放、磁热治疗和光热治疗协同作用的多功能纳米治疗系统,明显提高治疗效果(图1),为肿瘤的多功能协同治疗提供新的设计思路。研究成果“Graphene Quantum Dots-Capped Magnetic Mesoporous Silica Nanoparticles as a Multifunctional Platform for Controlled Drug Delivery, Magnetic Hyperthermia, and Photothermal Therapy”发表在纳米领域著名期刊Small, 2017, DOI: 10.1002/smll.201602225,(IF=8.315)。

图1:(a) 兼具药物控释、磁热治疗和光热治疗功能的DOX-MMSN/GQDs介孔纳米颗粒制备示意图;(b) 药物控释协同磁热效应抑制癌细胞效果;(c) 药物控释协同光热效应抑制癌细胞效果。


    另一方面,介孔氧化硅纳米颗粒的生物相容性和生物降解性问题一直是人们关注的焦点。生理环境可控降解的介孔氧化硅纳米颗粒的制备将为基于介孔纳米颗粒的药物传输体系及多功能治疗平台的临床应用打下坚实基础。

    该课题组和中科院上海硅酸盐研究所的陈雨、施剑林研究员课题组合作,采用“选择性刻蚀”方法成功制备粒径50纳米的含有二硫键单分散有机硅中空介孔纳米颗粒HMONs,第一次直接证明HMONs能够富集到肿瘤组织并在肿瘤组织的还原性微环境中能够促使二硫键断裂而获得HMONs降解,从而激发化疗药物释放(图2)。相关研究成果“Molecularly Organic/Inorganic Hybrid Hollow Mesoporous Organosilica Nanocapsules With Tumor-Specific Biodegradability and Enhanced Chemotherapeutic Functionality”发表在生物材料领域著名期刊《生物材料》(Biomaterials, 2017, 125, 23-37,IF=8.387)。

    在可控制备生物降解的中空介孔有机硅纳米颗粒HMONs的基础上,该课题组又巧妙设计将无毒的锰金属卟啉分子功能化HMONs,提出基于锰金属卟啉功能化介孔纳米颗粒的超声动力学肿瘤治疗策略(图3)。功能化的HMONs被肿瘤吞噬后,简单的外部超声作用可使其中的卟啉分子分解释放出活性氧(ROS)和二价锰离子,获得ROS杀死癌细胞和二价锰离子用于肿瘤部位的磁共振成像功能,实现治疗过程的监控和评估,为无毒副作用的肿瘤治疗提供可能。相关研究成果以论文“Metalloporphyrin-Encapsulated Biodegradable Nanosystems for Highly Efficient Magnetic Resonance Imaging-Guided Sonodynamic Cancer Therapy”发表在国际著名学术期刊《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1275-1284,IF=13.038)。

    以上研究工作得到了国家自然科学基金(No. 51572172)的资助,研究论文的第一作者分别为朱钰方教授指导的材料学院硕士研究生黄萍和姚先先。

 

图2:(a) 含有二硫键单分散有机硅中空介孔纳米颗粒HMONs的制备过程及生物降解机理示意图;(b) HMONs颗粒的SEM和TEM照片;(c) 4T1癌细胞内吞HMONs颗粒1、2、3和7天后的生物透射电镜照片;(d) 携带阿霉素抗癌药物的HMONs@PEG纳米颗粒的体内抑制肿瘤效果。

 

图3:(A) HMONs-MnPpIX-PEG纳米颗粒制备、锰金属卟啉功能化过程以及肿瘤组织富集与超声动力学治疗示意图;(B) HMONs-MnPpIX-PEG纳米颗粒的超声动力学治疗老鼠乳腺癌效果。

 

供稿:材料学院

编辑:新闻中心 王丹