X射线激发发光体在光动力治疗中的应用
发布时间：2019-09-30 20:30
【摘要】：激发光的组织穿透能力和光敏剂的吸收波长阻碍了传统光动力治疗(photodynamic therapy,PDT)对深层肿瘤的有效治疗。近年来,基于X射线直接激发光敏剂或以X射线激发纳米闪烁体作为能量传递介质间接激发光敏剂的X射线激发的光动力治疗方法(XE-PDT)成为深层肿瘤治疗领域的研究热点。本文将重点介绍近五年来被报道的X射线激发纳米闪烁体类型、光敏剂负载策略、能量传递效果以及光动力治疗效果,同时对深层肿瘤光动力治疗中存在的主要问题、挑战以及未来的发展方向进行展望。
【图文】：
汀⒐饷艏粮?载策略、作用机制、能量传递过程以及光动力治疗效果，同时对深层肿瘤光动力治疗中存在的主要问题、挑战以及未来的发展方向进行展望。2X射线激发光动力治疗作用机制光动力治疗的效果由光敏剂功效和光的特性(强度和波长)来决定，其实现治疗的前提是光敏剂能富集到肿瘤部位并且激发光能被传输到光敏剂且被吸收。目前传统光敏剂主要吸收波段仍然小于650nm，如常用的卟啉衍生物类的光敏剂的强吸收Soret带落在紫外-蓝光带。由于紫外蓝光带的光穿透深度太浅，通常用600～700nm的弱卫星吸收带(Q带)进行治疗(如图1所示)，因此在单线态氧(1O2)产率和穿透深度方面均受到局限［6］。图1(a)PDT常用的激发光源穿透深度［2］;(b)卟啉光敏剂的吸收光谱Fig．1(a)Comparisonoftissuepenetrationofdifferentexcitationsources［2］;(b)UV/Visabsorptionspectrumofporphyrinderivatives激光的穿透力是激光光动力治疗肿瘤的最大短板，决定了这种疗法只能治疗体表、浅表或较小的肿瘤。放射治疗最大优势是X射线穿透力强，特别是现代放射治疗技术能够精确控制治疗深度、治疗范围和治疗剂量，但是其疗效受限于与治疗机制有关的几个放射生物学因素，例如肿瘤细胞自身放射敏感性、肿瘤组织与邻近器官或组织敏感性差别(放射线对肿瘤细胞和正常细胞没有靶向性)，这也是放射治疗难以克服的自身不足［4］。如果将两种治疗手段优势互补，即将放射线的穿透深度可控特性、光敏剂的靶向性以及放射线本身对细胞杀灭作用结合起来，肿瘤治疗效果将大大增强。XE-PDT是应用X射线直接或者间接激发相应的光敏剂，利用光敏剂在肿瘤组织内的特异性富集作用、X射线的高穿透性和对光敏剂的激发作用，以及X射线本身对肿瘤细胞的强大
Ｒeview化学进展·1490·ProgressinChemistry，2017，29(12):1488～1498低，因此X射线直接激发的光敏剂报道非常少，，目前主要采取第二种策略来构筑XE-PDT平台。纳米闪烁体实现能量传递的前提是能高效吸收X射线能量，并能发射与光敏剂吸收光谱匹配的光［7～9］。以X射线激发闪烁纳米粒子作为能量介质的XE-PDT的作用机制如图2所示。首先选择光谱匹配的纳米闪烁体与光敏剂，通过自组装或者共价键接枝得到纳米复合体;然后通过靶向分子引导纳米光敏剂体系在肿瘤部位富集;用X射线激发被包裹的纳米闪烁体发光，将能量传递给光敏剂产生光动力效应。光敏剂的光动力作用机制如图2b所示，将根据光敏剂本身的性质(Ⅰ型或者Ⅱ型)产生活性氧(包括·OH、·O2以及1O2)，最终导致肿瘤细胞凋亡或坏死。将X射线与光动力治疗相结合可以降低放射剂量同时提高靶向性，从而获得更好的治疗效果。图2(a)纳米闪烁体作为X射线传输介质应用于XE-PDT示意图;(b)光敏剂的光动力作用机制［2］Fig．2(a)SchemeofapplicationofnanoscintillatoractingasanX-raytransducerinXE-PDT;(b)SchemeofthephotochemicalreactionsfortypeⅠandtypeⅡPDT［2］3常用的光敏剂负载策略构建基于能量传递的XE-PDT体系的前提是X射线激发闪烁体与光敏剂的能级要匹配，能实现高效能量传递。相比于传统的药物负载策略，该体系中的负载策略更加注重纳米闪烁体与光敏剂之间的结合方式、负载量、分子间距离以及组装介质的光吸收性质的调控。3.1溶胶-凝胶法纳米闪烁体通常需要高温烧结得到，颗粒比较大，表面基团较少，通常需要经球磨和碱处理使其表面裸露羟基，因而很容易在其表面通过溶胶凝胶法修饰二氧化硅材料。同时介孔二氧化硅材料由于其高比表面积、高
【作者单位】： 南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地江苏省生物传感材料与技术重点实验室信息材料与纳米技术研究院江苏先进生物与化学制造协同创新中心;
【基金】：国家自然科学基金项目(No.61775103,21671108,51473078) 江苏省高等学校自然科学研究面上项目(No.17KJB430025) 南京邮电大学校级科研基金(No.NY214095,NY217080)资助~~
【分类号】：R730.5
【图文】：
汀⒐饷艏粮?载策略、作用机制、能量传递过程以及光动力治疗效果，同时对深层肿瘤光动力治疗中存在的主要问题、挑战以及未来的发展方向进行展望。2X射线激发光动力治疗作用机制光动力治疗的效果由光敏剂功效和光的特性(强度和波长)来决定，其实现治疗的前提是光敏剂能富集到肿瘤部位并且激发光能被传输到光敏剂且被吸收。目前传统光敏剂主要吸收波段仍然小于650nm，如常用的卟啉衍生物类的光敏剂的强吸收Soret带落在紫外-蓝光带。由于紫外蓝光带的光穿透深度太浅，通常用600～700nm的弱卫星吸收带(Q带)进行治疗(如图1所示)，因此在单线态氧(1O2)产率和穿透深度方面均受到局限［6］。图1(a)PDT常用的激发光源穿透深度［2］;(b)卟啉光敏剂的吸收光谱Fig．1(a)Comparisonoftissuepenetrationofdifferentexcitationsources［2］;(b)UV/Visabsorptionspectrumofporphyrinderivatives激光的穿透力是激光光动力治疗肿瘤的最大短板，决定了这种疗法只能治疗体表、浅表或较小的肿瘤。放射治疗最大优势是X射线穿透力强，特别是现代放射治疗技术能够精确控制治疗深度、治疗范围和治疗剂量，但是其疗效受限于与治疗机制有关的几个放射生物学因素，例如肿瘤细胞自身放射敏感性、肿瘤组织与邻近器官或组织敏感性差别(放射线对肿瘤细胞和正常细胞没有靶向性)，这也是放射治疗难以克服的自身不足［4］。如果将两种治疗手段优势互补，即将放射线的穿透深度可控特性、光敏剂的靶向性以及放射线本身对细胞杀灭作用结合起来，肿瘤治疗效果将大大增强。XE-PDT是应用X射线直接或者间接激发相应的光敏剂，利用光敏剂在肿瘤组织内的特异性富集作用、X射线的高穿透性和对光敏剂的激发作用，以及X射线本身对肿瘤细胞的强大
Ｒeview化学进展·1490·ProgressinChemistry，2017，29(12):1488～1498低，因此X射线直接激发的光敏剂报道非常少，，目前主要采取第二种策略来构筑XE-PDT平台。纳米闪烁体实现能量传递的前提是能高效吸收X射线能量，并能发射与光敏剂吸收光谱匹配的光［7～9］。以X射线激发闪烁纳米粒子作为能量介质的XE-PDT的作用机制如图2所示。首先选择光谱匹配的纳米闪烁体与光敏剂，通过自组装或者共价键接枝得到纳米复合体;然后通过靶向分子引导纳米光敏剂体系在肿瘤部位富集;用X射线激发被包裹的纳米闪烁体发光，将能量传递给光敏剂产生光动力效应。光敏剂的光动力作用机制如图2b所示，将根据光敏剂本身的性质(Ⅰ型或者Ⅱ型)产生活性氧(包括·OH、·O2以及1O2)，最终导致肿瘤细胞凋亡或坏死。将X射线与光动力治疗相结合可以降低放射剂量同时提高靶向性，从而获得更好的治疗效果。图2(a)纳米闪烁体作为X射线传输介质应用于XE-PDT示意图;(b)光敏剂的光动力作用机制［2］Fig．2(a)SchemeofapplicationofnanoscintillatoractingasanX-raytransducerinXE-PDT;(b)SchemeofthephotochemicalreactionsfortypeⅠandtypeⅡPDT［2］3常用的光敏剂负载策略构建基于能量传递的XE-PDT体系的前提是X射线激发闪烁体与光敏剂的能级要匹配，能实现高效能量传递。相比于传统的药物负载策略，该体系中的负载策略更加注重纳米闪烁体与光敏剂之间的结合方式、负载量、分子间距离以及组装介质的光吸收性质的调控。3.1溶胶-凝胶法纳米闪烁体通常需要高温烧结得到，颗粒比较大，表面基团较少，通常需要经球磨和碱处理使其表面裸露羟基，因而很容易在其表面通过溶胶凝胶法修饰二氧化硅材料。同时介孔二氧化硅材料由于其高比表面积、高
【作者单位】： 南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地江苏省生物传感材料与技术重点实验室信息材料与纳米技术研究院江苏先进生物与化学制造协同创新中心;
【基金】：国家自然科学基金项目(No.61775103,21671108,51473078) 江苏省高等学校自然科学研究面上项目(No.17KJB430025) 南京邮电大学校级科研基金(No.NY214095,NY217080)资助~~
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本文编号：2544460
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