用于磁靶向肿瘤联合治疗的复合功能稀土纳米材料研究

Nanomedicine as a multidisciplinary research area has attracted tremendous attention in the past decade, and bring many new opportunities for diagnosis and treatment of various major diseases such as cancer. In the recent few years, rare-earth nanocrystals with unique up-conversion luminescence property have shown great promise for applications in biological imaging and therapy. In this project, based on our previous studies of rare earth upconversion nanoparticles (UCNPs) and their multifunctional composite nanostructures for in vivo imaging and photo therapy, we will design a series of multifunctional nanocomposites with integrated optical and magnetic properties, together with drug loading capacity, for magnetically targeted combined cancer therapy. We will optimize the sizes, morphologies, and surface modifications of our nanocomposites to improve their biocompatibility and minimize their toxicity in biological systems. Enhanced tumor targeting of these multifunctional nanocomposites will be realized afterwards by both magnetic and molecular targeting in vitro and in vivo. After demonstrating each single treatment methodology, the combined cancer therapy will be carried out, aiming at synergistic therapeutic effects of chemotherapy, photodynamic therapy, and / or photothermal therapy. The imaging capability of our nanocomposites will also be utilized in our research, to understand the in vivo distribution of nanomaterials, as well as to monitor the therapeutic outcomes after treatment. It is hoped that the imaging-guided combined cancer therapy under magnetic targeting to be demonstrated in this proposal using multifunctional UCNP-based nanocomposites will bring new ideas and possibilities for treatment of cancer.

纳米生物医学是一门近年来发展非常迅猛的新兴交叉学科，为重大疾病如癌症的检测和治疗提供了全新的机遇。稀土纳米晶独特的上转换发光性能在生物成像中有着广泛的潜在应用，近期也得到了很大的关注。本项目中，申请人拟在前期基于稀土发光纳米晶的活体成像、活体光动力治疗以及复合功能材料的构建等相关工作的基础上，以稀土氟化物纳米晶为基底，构建一系列具有光磁复合功能和药物装载能力的新型多功能复合纳米材料。我们将通过改进材料的尺寸、形貌和表面修饰，以优化其在生物体系中的行为并得到满足生物安全性要求的医用纳米材料，并利用这些材料在动物模型上实现对肿瘤的磁场定位靶向与分子靶向，并通过复合纳米材料装载的光疗和化疗药物对肿瘤进行联合治疗，纳米材料自身的光磁性质将被进一步用于活体内的追踪和治疗过程中的实时显像，以期实现成像模式指导下磁靶向作用下的肿瘤联合治疗，为恶性肿瘤治疗这一重大难题提供新的可能手段。

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，构建具有磁靶向肿瘤治疗的功能稀土复合纳米材料用于肿瘤多模态成像和联合治疗。以稀土氟化物上转换纳米材料为基底，构建一系列具有光磁复合功能和具有药物装载能力的新型多功能复合纳米材料。通过改进纳米材料的尺寸、形貌和表面修饰，已优化其在生物体系中的行为并得到满足生物安全性要求的医用纳米材料。在此基础上将利用这些材料开展动物模型上肿瘤的多模态成像研究及磁靶向效率的研究，并通过光磁复合纳米材料载带的光疗和化疗药物在磁靶向作用下对肿瘤进行联合治疗，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 Chem Rev、Adv Mater、Angew Chem、ACS Nano、Adv Funct Mater等国际知名期刊发表通信作者学术论文34 余篇，申请中国发明专利1项。代表性研究成果如下：1）发展了稀土上转换发光材料及其复合纳米结构在生物影像与肿瘤治疗中的应用；2）基于功能复合纳米材料在肿瘤循环细胞检测中的应用; 3) 基于功能稀土纳米材料与细胞作用机制与免疫应答方面的研究；4) 发展了其他纳米材料在肿瘤影像与治疗中的应用。项目负责人在项目执行期内获得江苏省青年基金和国家自然科学基金面上项目资助。就“功能纳米材料在肿瘤光学治疗中的应用基础研究”获得2015度教育部自然科学二等奖（排名第二）。项目执行期内，毕业的博士研究生1名。硕士研究生4名。