多功能金属-有机骨架复合纳米平台构建及其在脑肿瘤成像与光动力治疗中应用

In this project, porphyrin metal-organic frameworks(MOFs)/rare earth doped nanoparticles (UDCNPs: NaGdF4,Yb, Nd,Tm) hybrid nanoclusters were synthesized by using DNA templated. Under 808 nm laser irradiation, the emitted visible light from the UDCNPs was transferred to the nearby porphyrin MOFs nanoparticles , resulting in a large amount of singlet oxygen production. The emitted 1060 nm light could be used for the NIR II imaging. In order to improve the stability and biocompatibility of the MOFs/UDCNPs nanoclusters, the C-rich DNA single strand was used to conjugated onto the surface of the MOFs through the unsaturated coordination metal site. In the tumor microenvironment, the C-rich DNA strand would form a more stable i-motif structure, resulting in the assembly of the MOFs/UDCNPs nanoclusters. The experimental results demonstrated the MOFs/UDCNPs nanoclusters had highly potential as a new theranostic platform.

本课题设计合成了一种近红外光激发的新型光敏剂锆-卟啉骨架材料(MOFs)/稀土纳米颗粒(UDCNPs:NaGdF4,Yb,Nd,Tm) 团簇。在808nm光照下，UDCNPs的红绿荧光被光敏剂MOFs吸收产生单线态氧用于肿瘤治疗，UDCNPs产生的1060nm荧光用于红外二区生物成像。为提高材料的稳定性, MOFs/UDCNPs材料表面修饰了富含胞嘧啶(C)的脱氧核苷酸(DNA)序列。在肿瘤微酸条件下，胞嘧啶与质子化胞嘧啶间的氢键相互作用形成稳定的i-motif四链非共价复合物，从而使得MOFs/UDCNPs纳米复合材料在肿瘤部位聚集富集。初步实验结果表明,MOFs/UDCNPs纳米团簇是一种高效的肿瘤微环境响应型的深度光动力治疗药物。

临床应用的光动力疗法存在光穿透深度浅和潜在光毒性等问题，限制了其在深层肿瘤等疾病中的应用，利用近红外光作为激发光源或可部分解决该问题。本项目构建了在近红外光激发下，可高效产生光动力效应的纳米诊疗平台，并将其应用在脑肿瘤成像中，实现了低毒高效的肿瘤治疗。（1）采用混合溶剂辅助合成策略制备了稀土上转换纳米颗粒@MOFs-Au核壳型纳米结构，在近红外光激发下稀土上转换纳米颗粒产生的红绿光通过荧光共振能量转移被壳成卟啉MOFs吸收而产生单线态活性氧。其在肿瘤微环境中，借助级联催化反应产生的氧气，可缓解肿瘤乏氧状况，提高光动力治疗疗效。（2）利用DNA纳米技术和工程化技术，构筑了卫星结构型稀土上下转换纳米颗粒/卟啉MOFs纳米团簇，经i-motif核酸序列修饰后，其在肿瘤微酸环境下自组装成尺寸较大的颗粒聚集物，进而增加其在肿瘤部位的滞留。在近红外光照射下，高浓度Er掺杂的稀土上下转换纳米颗粒产生红绿光和二区荧光，实现近红外二区荧光引导的光动力治疗。项目所采用的混合溶剂辅助合成核壳纳米结构的策略为制备新型核壳型纳米材料提供了新的技术路线，肿瘤微环境响应型纳米诊疗平台的设计与制备为个性精准医疗的发展提供借鉴。