双光子光动治疗中自供氧纳米药物载体的设计及物性研究

Photodynamic therapy (PDT) is rapidly becoming an accepted cancer therapeutic modality alongside surgery, chemotherapy, and radiotherapy. It is based on the systemic administration of a photosensitizer (PS). Light activated PS can generate reactive oxygen species which can irreversibly damage the treated tissues. Oxygen species, PS and light are necessary conditions in PDT. In this project, we intend to induce catalase, PS and two-photon dye into CaCO3 nanoparticle together by co-precipitation process. This system will possess many advantages. First, the catalase in this system can catalyze intracellular hydrogen peroxide into H2O and O2, which can supplement oxygen species and improve treatment efficacy during PDT. Second, two-photon dye can excite PS through fluorescence resonance energy transfer (FRET) mechanism when this system is exposed under a near-infrared two-photon laser. The near-infrared laser can increase the treatment depth and decrease the damage to healthy tissue in PDT. Third, the composite nanoparticles are prepared by a mild condition. The needed raw materials are biocompatible and approved by FDA. Through this project, we design a kind of composite nanomaterials to improve PDT efficiency by physical chemistry method. We also intend to understand the mechanism of enzymatic catalysis and PDT by molecular level.

光动力疗法（PDT）是近年来颇受重视的一种癌症新疗法。该方法通过特定的光源激发光敏剂，从而生成细胞毒性的活性氧分子而起到治疗效果。氧、光敏剂以及特定的光源是引发光动力效应的三要素。PDT同时也受到了上述三要素的诸多限制。本项目将采用共沉淀法，在制备球霰石结构的碳酸钙纳米粒子的过程中，将过氧化氢酶、光敏剂以及双光子染料共同封装在碳酸钙纳米粒子里。该体系既可以利用过氧化氢酶的催化反应分解生物体系自身产生的过氧化氢以补充PDT所需的氧气，同时利用红外双光子激光器，通过荧光共振能量转移的方式间接的激发传统的光敏剂，从而提高PDT治疗过程中的治疗深度。该材料制备条件温和，所用到的原料均为常见的食品及药用辅料，不需要复杂的纯化步骤，为后续的产品开发提供可能。同时，通过物理化学的手段组装纳米材料，并利用生物体内自身的催化效应提高光动力治疗效率，期望从分子水平理解生物体内的某些催化反应及光动力治疗机制。

光动力治疗（PDT）是颇受重视的癌症治疗新方法，与传统的治疗方法相比，该方法不损害健康的组织和细胞使其具有独特的选择性。光敏剂、氧气以及特定波长的光源是PDT三要素。尽管PDT疗法具有诸多优势，但在抗肿瘤治疗过程中，面临肿瘤乏氧环境所导致的治疗效率较低，以及可见光源照射所导致的治疗深度不足的缺点。本项目将采用生物友好的合成方法，将氧气供体、光敏剂以及双光子染料共同封装在碳酸钙纳米粒子里。该体系或利用催化反应分解生物体系自身产生的过氧化氢以补充PDT所需的氧气，或利用携氧组份给光敏剂提供氧气以提高PDT效率。同时利用近红外双光子激光器，通过荧光共振能量转移的方式间接的激发传统的光敏剂，从而提高PDT治疗过程中的治疗深度。在本项目的资助下，上述研究内容取得了丰富的研究成果，圆满并超额完成了项目研究目标。特别是项目研发的一系列生物大分子自组装材料用于双光子纳米药物载体，在PDT治疗过程中有望同时提高治疗效率与治疗深度，并且制备方法简单，生物相容性好，具有广阔的应用前景。