近红外光控自由基发生器用于乏氧肿瘤治疗

在癌症病人体内，随着肿瘤的产生和增长，由于供氧不足等原因，肿瘤内部会呈现乏氧状态。光动力学疗法是利用光敏剂将光的能量传递给肿瘤组织的氧气，最终产生活性氧来达到杀死癌细胞的效果。然而活性氧的产生严重依赖于氧气的浓度，因此光动力学治疗在乏氧肿瘤区域并不能起到良好的治疗效果。近年来，如何解决光动力学治疗中的乏氧问题已成为目前科学研究的热点。主流的方法是通过一系列的物理及化学手段将氧气运载到乏氧区域，这一方法虽然有效，但是增加了光动力学治疗的难度，同时并没有从根本上解决光动力学治疗对氧气的依赖。

最近，武汉大学的张先正教授和博士生王晓强等利用自由基取代的活性氧，从根本上解决了乏氧肿瘤的治疗问题。自由基是一类具有未成对电子的分子或者分子片段，具有较高的反应活性，可以起到与活性氧类似的细胞杀伤作用。自由基可以通过一系列引发剂以加热或光照等方法生成，该过程不需要氧气的参与。作者将偶氮类热引发剂（AIBI）包载于金纳米笼内部，并利用温敏高分子将金纳米笼孔道封堵，得到一种近红外光控自由基发生器。这种自由基发生器可以在近红外光的照射下产生高活性的自由基，产生的自由基可以引起细胞氧化应激，最终导致细胞凋亡。

图1. 自由基发生器的组装及乏氧肿瘤的治疗。

作者以POBN作为自由基捕获剂，利用电子顺磁共振的方法检测了近红外光照射下自由基的产生及释放过程，如图2所示。

图2. POBN捕获自由基的原理及（A）自由基被捕获后电子顺磁共振的谱图和（B）自由基释放曲线。

在常氧及乏氧条件下，该自由基发生器显示出同等的治疗效果，图3表明自由基的治疗效果不受细胞内氧气浓度的限制。

图3. （A）21%（B）1%氧气条件下材料的细胞毒性；（C-F）21%及（G-J）1%氧气条件下流式细胞凋亡的检测。

总结

与活性氧相比，自由基的产生完全不依赖于氧气浓度。而利用金纳米笼作为药物载体和光热转换的特殊性质，该自由基发生器可以有效地在细胞内和生物体内产生自由基。这种自由基治疗策略在常氧和乏氧的条件下起到了同等的治疗效果，从根本上解决了光动力学治疗对氧气的依赖。这项研究开启了自由基用于乏氧癌症治疗的新途径。

该论文作者为：Xiao-Qiang Wang, Fan Gao, Prof. Dr. Xian-Zheng Zhang

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Initiator-Loaded Gold Nanocages as a Light-Induced Free-Radical Generator for Cancer Therapy

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 9029, DOI: 10.1002/anie.201703159

导师介绍

张先正

http://www.x-mol.com/university/faculty/13628