智能R-NCNP纳米调节器的制备、光解水机制以及光热-光动力协同治疗乏氧肿瘤的示意图

近日，复旦大学附属华山医院检验医学科主任关明教授与徐州医科大学药学院高丰雷副教授团队联合课题组采用氮化碳中空纳米调节器用于癌症精准诊疗，相关研究成果以《激光激活水分解的中空氮化碳纳米调节器用于增强超声/荧光成像和协同光治疗》（Carbon Nitride Hollow Theranostic Nanoregulators Executing Laser-Activatable Water Splitting for Enhanced Ultrasound/Fluorescence Imaging and Cooperative Phototherapy）为题，发表于最新一期纳米领域国际权威学术期刊《美国化学学会纳米》（ACS Nano）杂志上（IF 13.903）。

光动力疗法（PDT）是光敏剂在激光辐照下将氧气转变为毒性的活性氧的一种治疗方法，因其非侵入性、高效、可控等特性，在肿瘤治疗领域潜力巨大。而肿瘤乏氧状态和酸性的微环境，导致了不可逆性的癌细胞转移和低氧相关的治疗抵抗。虽然已有很多研究旨在提高肿瘤微环境内的氧气含量，但其治疗效果往往不尽如人意。因此，开发出具有氧气调节且抑癌效应显著的纳米平台迫在眉睫。

为了实现乏氧肿瘤的高效治疗，关明教授团队和高丰雷副教授团队联合设计并构建了一种修饰了靶向P-PEG-RGD聚合物的智能纳米调节器，用于乏氧肿瘤的多模态治疗。该纳米调节器R-NCNP主要由三部分构成：1) 介孔硅负载的氮掺杂石墨烯量子点（N-GQD@HMSN）作为核心结构，在两种波长激光（630、980 nm）辐照下，实现了协同的光热治疗和光动力治疗；2）介孔氮化碳（C3N4）层包覆于核心结构上，形成了特殊的壳-壳-芯结构。这种C3N4层不仅能够快速分解微环境的内源性水分子产生大量氧气，而且其本身可以作为高效的光敏剂，同步放大单线态氧的含量继而增强光动力治疗效果；3）靶向P-PEG-RGD聚合物的修饰，可以直接靶向于乏氧的肿瘤部位，有效解决了肿瘤积累不足、癌细胞穿透能力差和正常组织的毒性等难题，从而实现肿瘤的特异性诊断和治疗。

在对这种纳米调节器的性能进行了表征测试的一系列体外实验研究发现，由于氮化碳光解水效应所持续产生的氧气气泡，反射超声光束并引起组织阻抗失衡，导致超声回波信号连续放大。R-NCNP调节器本身中空的特性，进一步增强了超声成像的信号。另外，氮掺杂石墨烯量子点本身存在的荧光示踪特性和光热效能，实现了高精度、高空间分辨率和高灵敏度的超声/荧光/光热的多模态成像，这不仅增加了癌症诊断的精确性，并达到了治疗效果的实时监控。

这种多功能纳米调节器以其独特的“高效、靶向、多模态成像”优势，有效实现了对肿瘤组织的精准打击和正常组织的有效保护，为临床上颇为棘手的耐药和晚期肿瘤的治疗提供了新的治疗策略，纳米探针与活体荧光成像技术相结合对肿瘤的早期诊断具有重要意义。

该研究为肿瘤精准诊断+治疗的双重临床应用提供了一个新的借鉴和启示，得到了国家自然科学基金等的支持。文章的第一作者是德国亚琛工业大学医学院的博士研究生张星，高丰雷副教授和关明教授是该论文的共同通讯作者。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08737#