上海硅酸鹽所腫瘤多功能稀土診療劑研究取得系列進展

【中鎢在線新聞網-稀土新聞】         

診療納米醫學（Theranostic nanomedicine）是納米生物醫學研究領域中一個新興的重要分支，這種以多功能納米診療劑構建的集醫學診斷和原位治療于一體的新技術，有望在未來人類重大疾病的診斷和治療中發揮重要作用，是當前國際研究的熱點和前沿領域。近年來，基于稀土化合物的上轉換發光納米顆粒（UCNPs）作為一種新型的多功能納米診療劑，具有近紅外光激發、上轉換發光（UCL）成像、磁共振成像（MRI）等功能優勢，在腫瘤的多模式影像診斷和高效治療中的應用基礎研究倍受關注。

中國科學院上海硅酸鹽研究所施劍林研究員帶領的介孔與低維納米材料課題組，長期從事無機功能納米材料的化學制備及生物學應用研究。最近，該課題組圍繞如何實現癌癥的高效診斷和治療這一主題，開展了一系列富有成效的研究探索，在基于UCNPs的多功能診療劑研究中取得了一系列重要創新進展。首先，針對如何提高釓摻雜造影劑（Gd-UCNPs）的UCL/MRI雙模式成像性能，構建了具有不同體相釓和表面釓分布密度的三種結構模型，澄清了體相釓和表面釓在T1-MRI性能上的爭議，并首次提出了在無機Gd-UCNPs造影劑中上轉換發光和磁共振成像存在著“正負晶格屏蔽效應”。在此基礎上，通過構建多種表面修飾的Gd-UCNPs，進一步闡明了無機Gd-UCNPs造影劑的T1-MRI磁共振成像機理，在機理指導下，通過同時優化Gd-UCNPs內核結構以及表面修飾，獲得了目前基于該類材料報道的最高r1值（達到14.73 mM-1s-1）；同時，證實了所制備的Gd-UCNPs納米探針在小鼠活體內具有優良的UCL/T1-MR雙模式成像功能。

在此基礎上，他們系統開展了基于UCNPs的腫瘤多模式造影劑及其生物學效應研究。綜合考慮不同成像模式在空間分辨率、成像深度和應用領域中各自的優勢，借助于金顆粒（Au）的高X射線衰減吸收系數，他們將粒徑為1-2nm的Au納米顆粒嫁接于NaYF4:Yb/Gd/Er/Tm@SiO2表面形成“芝麻球”狀的多模式成像探針，在小鼠腫瘤區域實現了UCL/MR/CT多模式成像探測。為了提高探針的多模式成像性能和生物相容性，他們進一步發展了NaYF4:Yb/Er/Tm@NaGdF4@TaOx核殼結構納米探針，TaOx外殼不僅提供優異的生物相容性，而且TaOx本身即是優良的CT成像造影劑。為了進一步考察多模式探針在活體內的分布、代謝及組織毒性等，他們設計和制備了Yb-UCNPs多功能納米探針，該探針無需任何功能化即可實現高的上轉換發光和CT成像性能（比臨床用碘劑提高一倍）；系統研究其在體內的分布、代謝及組織毒性后發現，該納米探針具有良好的生物相容性。

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