仿生二维黑磷Janus材料制备及高效智能光热化疗协同递药研究

Cancer has become one of the most lethal diseases in the world. Traditional cancer therapies including chemotherapy, radiation therapy, and surgical resection have serious toxic and side effects on normal tissues, while the treatment effect is not ideal as well. Recently, combined photothermal-chemotherapy has attracted a great deal of research attention due to the advanced anti-cancer efficacy and low toxicity. Therefore, combined photothermal-chemotherapy is expected to become an effective approach for cancer treatment. The delivery efficacy of drug delivery systems is critical to the combined therapy, how to significantly increase the cellular uptake of the delivery systems in cancer cells still remain a challenge. In this project, novel type of biomimetic black phosphorus Janus nanoparticles are developed as delivery vectors based on the employ of two-dimensional black phosphorus material with excellent photothermal stability and photothermal conversion efficiency. The fabrication mechanism is explored and the cellular uptake mechanism regarding on the biomimetic black phosphorus Janus nanoparticles is studied to improve the drug delivery efficiency. Moreover, based on the new developed drug delivery system, novel intelligent combined photothermal-chemotherapy are developed with high anti-cancer synergistic efficacy and precise treatment. At last, this project can provide guidance for the future clinical application of the intelligent combined photothermal chemotherapy for cancer treatment.

癌症是严重危害人类健康和生命的重大疾病，传统治疗方法（如放射治疗和手术切除等）取得了一定治疗效果，却存在一定的局限性。新型光热化疗协同抗癌疗法具有抗癌效果好，副作用低等优点有望成为癌症治疗的有效手段。然而在该疗法应用过程中，如何将光热化疗药物载体靶向释放到肿瘤癌细胞内部仍是首要难题。因此，本项目从仿生角度出发，利用二维黑磷材料优良的光热特性，设计制备新型具有表面仿生结构的黑磷Janus材料（非对称材料）作为光热化疗协同治疗的载体，提高载体的靶向性及递药效率。通过探究材料的合成机理，探索癌细胞对仿生黑磷Janus材料的摄入机制。同时，以基于仿生黑磷Janus材料的光热化疗协同递药体系为研究对象，研发具有智能响应性能的递药方式使协同治疗体系具有更精准的递药，揭示智能控制下光热疗法与化疗的协同作用机制，提高抗癌效果，为研发新型高效智能光热化疗一体化癌症治疗方法的临床应用提供指导意义。

一直以来，癌症是严重危害人类健康和生命的重大疾病之一，而且近年来癌症的发病率呈总体上升趋势。统计数据表明，全中国每年约有429万新发癌症病例和281万癌症死亡病例，占全球新发和死亡病例的22%和27%。因此癌症的高效治疗不仅有利于提高国家公共卫生安全，也能提高人民的生命健康和经济的可持续发展。传统癌症治疗方法如化疗、放射治疗和手术切除等方法不仅风险高，而且对人体正常组织有严重毒副作用，治疗效果不佳。新兴的纳米抗癌疗法能够降低传统治疗手段所带来的高风险和副作用，其中微创光热治疗法及纳米化疗联用的协同治疗手段具有靶向性高，毒副作用低及治疗效果好等特点被认为是非常有前景的癌症治疗方法。研发具有高光热转化效率，高纳米药物递送效率以及智能响应性能的一体化癌症治疗新体系，从而实现癌症的精准治疗，提高癌症的治疗效果，具有重要的理论及临床应用意义。.本项目针对目前二维黑磷材料用于光热化疗治疗癌症过程中所遇到的纳米药物递送效率低的关键问题，开展了制备仿生黑磷Janus材料的制备等相关工作，研究了仿生黑磷Janus材料的合成机理、载药性能及光热智能可控释放能力，同时研究了癌细胞对该材料的摄入性能及细胞摄入该材料时所用到的细胞通路等。最后，开展了小鼠体内等相关实验，证明了仿生黑磷Janus材料在小鼠体内也能实现光热可控的化疗与光热治疗有机结合。.通过本项目的实验研究，能够实现在少层二维黑磷材料表面生长二氧化硅毛刺结构，制备仿生黑磷Janus材料，研究发现毛刺结构的引入能够显著提高材料的进细胞能力及载药能力。此外，研究还证明了仿生黑磷Janus材料具有一定的光热控释能力，是优良的智能响应控制的光热化疗协同递药平台.本项目的成功实施，为开发可控合成的仿生黑磷Janus材料提供研究基础，并为调控材料结构与细胞摄入机制提供重要的理论基础和实验依据，研发的智能响应控制的光热化疗协同递药体系，为实现癌症精准治疗和高效智能一体化的癌症治疗及临床应用具有重要的实际意义。