碳量子点纳米复合材料在肿瘤多模态成像和光疗中的应用研究

Phototherapy has recently been receiving much attention because of its remote controllability, improved selectivity, and low systemic toxicity and been condidering as the most promising new technologies in tumor treatment. Combining multimodal imaging and phototherapy technology together can effectively realize the early diagnosis of cancer and improve the treatment efficiency. Whereas, photo-based nanotheranostic agents, which integrate imaging and therapeutic functions into a single nanoplatform, play key roles in the early diagnosis and therapy of cancer. Recently, our group have developed the multifounctional CQDs that can produce heating and 1O2 efficiently under the light irradiation, which is a key issue for enabling CQDs to act as novel nanotheranostic agents for simultaneous imaging and highly efficient in vivo phototherapy of cancer. This project aims to develop new nanotheranostic agents for simutaneous multimodal FL/MRI imaging and phototherapy of caner based on as-obtained CQDs and gadofullerenes. The research content includes: the preparation of CQDs/gadofullerenes and the subsequent evaluation of biocompatibility, stability, tumor cell specificity and sensitivity, biological safety and the efficacy of phototherapy in vivo.The achievement obtained herein will not only provide fundamental evidence for the occurrence, development and metastasis of tumor, but also establish a foundation for the development of new generation nanotheranostics of tumor.

光疗技术由于其选择性好,副作用低和创伤小等优点被认为是一种继手术、化疗、放疗后最有前途的肿瘤治疗新技术。多模态成像与光疗技术相结合将实现对癌症的早期诊断和提高治疗效率，而集多模态成像功能与光疗性能于一体的光诊疗试剂是其中的关键。本项目拟以毒性小、生物相容性好、具有优越光疗性能的红光碳量子点为基础， 结合新型钆基富勒烯（Gd3N@C80,Gd@C82）在磁共振成像（MRI）上的优良特性，构建碳量子点/钆基富勒烯纳米复合物，用于肿瘤的多模态成像（荧光/MRI）和光疗。通过调控复合物的尺寸、结构及表面特性，了解这些性质与光疗效果间的关系，发现其新规律；考察不同纳米复合物和肿瘤的相互作用机制；并通过对它们的灵敏性、特异性、体内代谢等特性的评价，以及进一步性能优化，实现对荷瘤鼠体内肿瘤的高效多模态成像和光疗。为深入研究肿瘤发生、发展和转移规律提依据，为开发高效低毒、可代谢纳米光诊疗试剂奠定基础。

多模态成像与光疗技术相结合将会有效地实现对癌症的早期诊断和提高治疗效率，而集多模态成像功能与高效光疗性能于一体的纳米光诊疗剂是实现早期诊断和有效治疗的关键。 因此，自2015 年 1 月至 2018 年 12 月，我们按研究计划，主要针对碳量子点纳米复合材料在肿瘤多模态成像和光疗中的的应用开展了系列研究工作。制备了碳量子点光诊疗一体化材料、碳量子点/钆基富勒烯纳米复合物、碳量子点/金纳米复合物、碳量子点/二氧化锰纳米复合物、二价锰掺杂的碳量子点纳米组装体、碳量子点自组装体等多种碳量子点基纳米诊疗一体化复合材料，详细研究了各种复合材料在肿瘤多模态成像（荧光、光声、光热和磁共振成像等）和光疗（光动力和光热治疗）中的应用。更加重要的是，我们还发现了三种新型多功能碳量子点诊疗剂，拓宽了碳量子点在生物医学领域的应用。在项目研究过程中，根据实验室的研究部署，对研究计划做了适当调整，对有机小分子和聚合物等有机发光材料在光诊疗剂领域的应用进行了初步探索。研究发现，有机小分子组装体和聚合物纳米粒子在光动力学治疗、光热治疗以及肿瘤诊疗一体化等方面都有潜在的应用前景。迄今，在项目资助下，开发出十余种低毒高效、生物安全性高的临床前纳米光诊疗剂，在Advanced Materials、 Advanced Science、 Biomaterials、Nanoscale等国际著名期刊上发表文章20篇,申请和授权中国发明专利共5项，其中授权3项。