多功能超小二维硫化钨纳米结构的制备及其在肿瘤诊疗中的应用

The development of functional nanomaterials and nanomedicine brings many new opportunities for diagnosis and treatment of cancer. Two dimensional transition metal disulfide nanomaterials with the graphene-like structure have attracted substantial attention in biomedicine recently. In this proposal, based on our previous studies of using WS2 nanosheets for in vivo multimodal imaging and photothermal therapy, we will design a series of multifunctional ultra-small WS2 nanostructures with integrated optical and magnetic properties for multimodal imaging and combination therapy of cancer. Based on the new ‘bottom-up’ approach, we will fabricate ultra-small WS2 nanostructures doped with various elements to offer them highly integrated functionalities. The paramagnetic property of those doped WS2 could be utilized in magnetic resonance imaging. Their strong near-infrared optical absorbance would enable photothermal therapy of cancer. The X-ray absorbance ability of those nanomaterials could be used for CT imaging and enhanced radiation therapy. In addition, the drug loading capability of those 2D nanomaterials would offer them the ability in delivery of chemotherapy. On the other hand, we will develop precise methods to finely control the size and surface coating of those nanomaterials to optimize their behaviors in biological systems, and obtain nanomaterials which have minimal toxicity and could be rapidly excreted from the body. Utilizing such multifunctional nano-agents, we would like to realize multimodal imaging-guided cancer combination therapy in animal experiments. It is hoped that our efforts would bring new opportunities in the fight against cancer.

功能纳米材料和纳米生物医学的发展为恶性肿瘤的诊治带来了新的希望。二维层状过渡金属硫化物具有类石墨烯结构，在生物医学中的潜在应用近期获得了人们的关注。本项目中，申请人拟在前期硫化钨纳米片用于生物成像和肿瘤光热治疗的相关工作基础上，发展新的合成方法获得超小尺寸且具有多种功能的硫化钨二维结构，并利用其发展针对肿瘤的多模态影像和联合治疗。我们将通过自下而上的策略构建不同元素掺杂的超小硫化钨纳米结构并赋予其多种功能：掺杂后材料的顺磁性可被用于磁共振成像，强近红外光吸收可被用于光热治疗，对X射线的强吸收则可被用于CT造影和放疗增敏，药物运载能力则可进一步赋予其化疗的功能。同时我们将通过精确控制材料的超小尺寸和表面修饰以优化其在生物体系中的行为，并得到无明显毒性且可被体内快速排泄的硫化钨材料。利用这一多功能材料，我们将在动物模型上探索影像导航下的肿瘤联合治疗新方法，为实现高效低毒肿瘤治疗寻求新的机遇。

整个项目按照原定计划顺利完成，结合多学科交叉研究的优势，构建多功能超小金属硫化物纳米材料用于肿瘤多模态成像和联合治疗。我们通过“自下而上”或“自下而上”的策略构建不同元素掺杂的超小硫化钨等纳米结构并赋予其多种功能：掺杂后材料的顺磁性用于磁共振成像，强近红外光吸收用于光热治疗，对X射线的强吸收则用于CT造影和放疗增敏，药物运载能力则可进一步赋予其化疗的功能。同时将通过精确控制材料的超小尺寸和表面修饰以优化其在生物体系中的行为，并得到无明显毒性且可被体内快速排泄的硫化钨材料。利用这一类多功能材料，在动物模型上探索影像导航下的肿瘤联合治疗新方法，为实现高效低毒肿瘤治疗寻求新的机遇，为恶性肿瘤的治疗这一重大难题提供一种新的可能手段。项目执行期间在包括Adv Mater、Angew Chem、Nano Lett、ACS Nano、Adv Funct Mater、Small等国际知名期刊发表通信作者学术论文42 篇，申请中国发明专利2项。代表性研究成果如下：1）发展了过渡金属硫化物纳米材料在生物医学中的应用; 2）发展了可代谢金属硫化物纳米材料在生物医学中的应用；3）发展了金属碳化物功能纳米材料在肿瘤诊疗中的应用；4）发展了微环境响应的功能纳米材料在新型肿瘤治疗中的应用；5）发展了基于无机功能纳米材料的肿瘤声动力治疗新策略；6）发展了可代谢金属配合物纳米材料在肿瘤诊疗中的应用。项目负责人在项目执行期内获得教育部青年长江学者特聘教授和江苏省优秀青年基金资助。连续三年入选全球高被引科学家。就“肿瘤光学治疗与新型诊疗技术中的功能纳米材料研究”获得2016度江苏省自然科学一等奖（排名第三）。项目执行期内，毕业的博士研究生2名。硕士研究生6名。