第一作者：Hongmin Chen
通讯作者：Hongmin Chen、Gang Liu、Jin Xie、Xiaoyuan Chen
通讯单位：厦门大学、佐治亚大学、美国国立卫生研究院
研究亮点：
1. 利用溶剂热法量化制备具有红光发射的内嵌钆碳点，弛豫率增强4倍以上。
2. 单线态氧量子产率超过0.5。
3. 活体上实现荧光成像、磁共振成像以及光动力治疗（PDT）。
传统的光敏剂多数是疏水小分子，其缺点在于水分散性差，光稳定性低和在肿瘤区域的富集不够。虽然目前大部分研究将光敏剂和成像剂一起负载到纳米载体上，但这些成像剂或光敏剂易脱落，并且很多纳米载体具有潜在的毒性且难以快速有效地清除。此外，纳米载体或成像试剂被发现也会干扰光动力治疗过程，降低活性氧物种（ROS）的产量。
有鉴于此，在前期研究基础上，厦门大学陈洪敏课题组近日完成量化制备“钆稳定”碳点，用于肿瘤双模态成像和成像指导的光动力治疗。
图1 “钆稳定”碳点用于双模态成像指导的PDT示意图
此前，针对传统的钆配合物磁共振造影剂存在的稳定性差和成像效能差的基本科学问题，陈洪敏博士借鉴钆富勒烯主-客结构能够增强钆稳定性和提高磁性能的原理，通过直接煅烧钆喷普铵（Gd-DTPA）和利用介孔二氧化硅孔道作为模板，成功制备出“钆稳定”的内嵌钆碳点。
以上“钆稳定”的内嵌钆碳点实现了高钆稳定性、有效增强弛豫率（比Gd-DTPA提高了一倍以上），静脉注射能够在肿瘤区域有效富集实现活体肿瘤成像，能够有效通过肾脏代谢清除。相关成果发表在Advanced Materials (2014, 26, 6761), Advanced Functional Materials (2016, 26, 3973.封面文章)，Theranostics（2013, 3, 650）。
在以上研究的基础上，研究者进一步通过溶剂热法量化制备了具有红光发射的内嵌钆碳点。
与传统的碳点相比，该碳点展现出高结晶度，强烈的红色荧光，高效的钆掺杂率和表面一定的还原特性；与常用的Gd-DTPA造影剂相比，由于碳层的包裹，钆碳点表现出极高的纵向弛豫效率（r1=16 mM-1 S-1, 7T）；更重要的是该钆碳点在LED灯辐射下能够有效的产生单线态氧（量子产率达到0.51）。
此外，该碳点具有较小的尺寸（约5纳米），可以通过EPR效应积累在肿瘤部位，并且，钆碳点能够通过肾脏代谢掉，因而具有较低的毒性。
活体实验证明此钆碳点成为集荧光成像、磁共振成像和光动力治疗于一体的纳米诊疗探针。这一研究工作在深入探索“钆稳定”纳米探针与金属掺杂增强光化学作用的机制以及设计具有高ROS产率和优异稳定性诊疗一体化纳米探针中提供了新的研究思路。
图2 “钆稳定”碳点的材料表征
图3 “钆稳定”碳点的光学性质和体外磁共振对比效果
图4 体外的成像和PDT效果
图5 活体成像效果
图6 活体治疗效果
总之，该研究量化制备了具有红光发射的内嵌钆碳点，是集合荧光成像、磁共振成像和PDT功能于一体的肿瘤纳米诊疗探针，具有突出的临床转化应用的价值。
参考文献：
Chen H, Qiu Y, Ding D, et al. Gadolinium‐Encapsulated Graphene Carbon Nanotheranostics for Imaging‐Guided Photodynamic Therapy[J]. Advanced Materials, 2018: 1802748.
DOI: 10.1002/adma.201802748
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201802748
课题组简介：
陈洪敏博士2017年入职厦门大学分子影像暨转化医学研究中心，主要研究方向为分子影像和纳米医学领域，多年来主要围绕“分子探针多模态影像与协同治疗的高效融合”关键科学问题，致力于新型多功能分子影像探针在癌症诊断与治疗的研究，取得了一系列创新性的、并具有较高临床应用前景的重要研究成果：1) 高效融合放射治疗和光动力治疗，构建了无机闪烁体增敏体系，实现了低辐射剂量有效抑制深层原位肿瘤；2) 研究制备了“钆稳定”多功能磁共振成像探针；3) 建立了药物高效封装、缓释示踪和快速药物敏感性测试的方法。包括2篇封面文章，2篇ESI（热点）高被引论文。
其中，2013年以来，相关研究成果相继刊发在Adv. Mater.、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.、Mater. Horiz.、Theranostics等期刊上。受邀为Nat. Rev. Mater. (IF=51.941)、Mater. Sci. Eng. R: Rep. (IF=24.4) 撰写综述。成果受邀参编美国NIH癌症研究所的“Cancer Nanotechnology Plan 2015”。现担任Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Sci., Adv. Mater., Small, Nanoscale, Theranostics等国际学术期刊的审稿人。担任学术期刊 Current Medicinal Chemistry （IF 3.469）的 Guest Editor（2017）。
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