光熱劑
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-18
光熱劑的實(shí)例教程
光熱療法（photothermal therapy, PTT）是一種具有高選擇性和低毒性的新型腫瘤治療手段，在過去的十多年來，受到人們的廣泛關(guān)注。作為PTT的核心要素，光熱劑（photothermal agents, PTAs）的開發(fā)對于PTT至關(guān)重要。目前被廣泛報(bào)道的PTAs可歸納為以下三大類：1）無機(jī)納米粒子如金納米粒子、CuS等；2）有機(jī)小分子；3）具有大π鍵的共軛高分子。
然而，在上述提及的三大類PTAs中，無機(jī)納米材料往往在生物體難以降解，生物相容性差，存在著潛在的生物安全性問題；有機(jī)小分子雖然其生物相容性有所提高，但它們一般分子量大，水溶性較差。為改善它們的性能，人們往往將其通過載體進(jìn)行包裹，制備成光熱效應(yīng)的納米粒。這又帶來了新的諸如批次差異、重復(fù)性低等問題，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。此外，基于小分子化合物的PTAs一般還存在光熱穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。共軛高分子是一類嚴(yán)格單雙鍵交替連接的聚合物，因其獨(dú)特的大π鍵結(jié)構(gòu)，它們在近紅外窗口中往往具有很強(qiáng)的吸收，展現(xiàn)出了優(yōu)異的光學(xué)性能。這類材料被大量報(bào)道用于能源、太陽能電池等領(lǐng)域。近年來，它們在癌癥的光熱治療等領(lǐng)域也大放異彩。然而，需要指出的是，正是因?yàn)檫@類π-共軛鍵具有化學(xué)惰性，導(dǎo)致它們在人體內(nèi)生理環(huán)境下同樣難以有效降解，存在著潛在著長期的毒副作用。這也導(dǎo)致了這類共軛高分子材料在生物醫(yī)用領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用尤其是在活體組織內(nèi)的應(yīng)用一直存在爭議。因此，開發(fā)可降解有機(jī)光熱劑，是推進(jìn)PTT臨床應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。
針對以上問題，中國科學(xué)院化學(xué)研究所肖海華研究員團(tuán)隊(duì)提出了“假性共軛聚合物”的概念。
展開 光熱療法 (PTT) 和光動力療法 (PDT)是運(yùn)用光敏藥物和激光活化治療新生血管和腫瘤類疾病的一種新方法。光熱治療法是將具有較高光熱轉(zhuǎn)換效率的材料注射入人體內(nèi)部，利用靶向性識別技術(shù)聚集在腫瘤組織附近，并在外部光源的照射下將光能轉(zhuǎn)化為熱能來殺死癌細(xì)胞的一種治療方法。光動力治療用特定波長照射腫瘤部位，使選擇性聚集在腫瘤組織的光敏藥物活化，引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)或熱效應(yīng)破壞腫瘤。作為非侵入性的治療方法，光熱和光動力治療相比于傳統(tǒng)腫瘤療法，其優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)時空可控地對腫瘤區(qū)域精確照射，進(jìn)行有效的治療，達(dá)到最大限度地減少副作用的效果。
然而，傳統(tǒng)光熱劑存在明顯的局限性：比如光熱轉(zhuǎn)換效率低、光穩(wěn)定性差、光敏劑光穿透深度較淺。鑒于此，研發(fā)新型光敏劑材料，尤其是可將光熱劑、光敏劑和聚合物基體復(fù)合制備的新型可注射水凝膠，以同時進(jìn)行PTT和PDT，為癌癥治療中提供新的更有效媒介。但將光熱劑，光敏劑引入水凝膠中，操作發(fā)展，對材料進(jìn)行復(fù)雜的修飾是難以避免的。因此，探索單一有效成分的光新型療劑，一直是該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。
上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院朱申敏教授和醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院眼科汪朝陽主任醫(yī)師團(tuán)隊(duì)提出了一種簡單的方法，利用氨基修飾的碳點(diǎn) (NCD) 和醛基改性纖維素納米晶體間的反應(yīng)，制備用于同時光熱和光動力療法的可注射水凝膠（圖1）。NCD不僅作為光熱劑與光敏劑，同時作為交聯(lián)劑形成水凝膠。NCD表現(xiàn)出 77.6% 的光熱轉(zhuǎn)換效率，并且在660 nm光照下具有 0.37 的高單線態(tài)氧量子產(chǎn)率。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)動物實(shí)驗(yàn)證明水凝膠無毒和有效的腫瘤抑制作用。
展開 光熱療（PTT）可在短時間內(nèi)迅速有效地清除腫瘤細(xì)胞，研究者常常將光熱劑和藥物負(fù)載在載體上同時進(jìn)行腫瘤的光熱療和化療，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，該領(lǐng)域受到了持續(xù)的關(guān)注。目前PTT具有治療速度快、治療效果明顯的優(yōu)點(diǎn)，但也存在光熱劑腫瘤組織分布不均、治療時間短和無法完全抑制腫瘤復(fù)發(fā)的缺點(diǎn)。納米載體化療由于載體材料的限制，存在載藥量低、藥物比例不可調(diào)、療效單一、耐藥等缺點(diǎn)，有時光熱還會破壞化療藥物。因此PTT/化療腫瘤聯(lián)合治療的策略和載體均有著改善的需要。
無限配位聚合物（Infinite Coordination Polymers, ICPs）是一種直接使用藥物和金屬離子配位形成的無限配位“無載體型”納米藥物（carrier free nanodrug），它的優(yōu)點(diǎn)是不需要載體材料，直接用藥物做載體，因此具有較高的載藥量，且熱穩(wěn)定性好，還可以根據(jù)需求自由設(shè)計(jì)不同藥物的比例。ICPs中的配位鍵還有著低pH敏感釋放的特點(diǎn)，由于腫瘤的特殊酸性環(huán)境，ICPs特別適合用于腫瘤的藥物聯(lián)合治療。
研究發(fā)現(xiàn)，天然抗腫瘤藥物棉酚（gossypol）和綠茶多酚（EGCG）與金屬離子無限配位后顏色變深，吸收光譜發(fā)生了變化，具有了一定的光熱轉(zhuǎn)換能力，在摻雜一定比例的光熱劑IR780后，其光熱效率從16%大幅增加為47.8%，使這種ICPs同時具有了光熱治療和ICPs雙藥化療的能力，體系具有一物多用的特點(diǎn)。此外，由于ICPs中各藥物釋放順序不同，使得腫瘤治療可以按照不同階段順序進(jìn)行。
展開 近日，唐本忠院士/王東副教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一類利用靜電紡絲技術(shù)制備的具有日光觸發(fā)的光動力/光熱聯(lián)合抗菌能力的納米纖維薄膜(TTVB@NM)（見圖一）。TTVB@NM的多孔的微觀納米結(jié)構(gòu)，使得其對超細(xì)顆粒和致病性氣溶膠表現(xiàn)出了較好的攔截效果。得益于AIE光敏劑優(yōu)越的光物理性能，TTVB@NM在可見光范圍內(nèi)具有較寬的吸收、高效的ROS產(chǎn)生能力和溫和的光熱轉(zhuǎn)換性能。一系列抗菌性能評價(jià)結(jié)果表明，TTVB@NM對多種病原菌具有廣譜的抑菌效果。本工作構(gòu)建了一種可重復(fù)使用和具有自滅菌功能的復(fù)合材料，在生物防護(hù)方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
圖1. TTVB負(fù)載的納米纖維薄膜的制備及其用于病原菌過濾和滅活的示意圖。
在這項(xiàng)工作中，作者首先評估了AIE光敏劑TTVB的活性氧產(chǎn)生能力并與商業(yè)化的光敏劑玫瑰紅（Rose Bengal）進(jìn)行了對比，結(jié)果表明，在模擬太陽光照射下，TTVB比RB具有更強(qiáng)的ROS產(chǎn)生能力。盡管TTVB比RB產(chǎn)生的單線態(tài)氧（1O2）要少，卻可以產(chǎn)生更多的超氧根自由基（O2?-）和羥自由基（?OH）。O2?-具有比1O2更長的半衰期，有利于其遠(yuǎn)距離擴(kuò)散，O2?-還可以進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化為氧化能力更強(qiáng)的?OH，有利于病原菌的高效滅活?；诖耍琓TVB對多種病原菌（革蘭氏陽性菌、格蘭仕陰性菌、真菌和噬菌體）均具有優(yōu)異的殺菌效果（見圖2）。
圖2. AIE光敏劑TTVB的活性氧產(chǎn)生能力以及對不同微生物（革蘭氏陽性菌、格蘭仕陰性菌、真菌和噬菌體）的成像及殺傷研究。
隨后，作者利用靜電紡絲技術(shù)將TTVB通過物理摻雜的方法負(fù)載到了一個納米纖維薄膜中，即TTVB@NM。
展開 光響應(yīng)水凝膠傷口敷料
圖1.常見光敏劑用于制備多功能光響應(yīng)水凝膠用于加速傷口愈合
光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）在預(yù)防傷口感染和促進(jìn)傷口愈合方面顯示出巨大的應(yīng)用前景。此外，由于其優(yōu)異的生化作用，水凝膠在傷口敷料領(lǐng)域已顯示出誘人的優(yōu)勢。因此，集光活性和水凝膠優(yōu)點(diǎn)于一身的多功能光響應(yīng)水凝膠越來越多地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，尤其是傷口修復(fù)領(lǐng)域。然而，仍然缺乏對用于傷口愈合和皮膚組織工程的多功能光響應(yīng)水凝膠的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的全面綜述。據(jù)此，西安交通大學(xué)郭保林團(tuán)隊(duì)等系統(tǒng)的綜述了多功能光響應(yīng)水凝膠負(fù)載不同種類的光敏劑用于治療傷口或感染傷口。
該綜述首先總結(jié)了用于制備光響應(yīng)水凝膠的光熱劑、光動力劑種類，并討論該光敏劑如何調(diào)節(jié)細(xì)菌感染的微環(huán)境以殺死微生物。并進(jìn)一步重點(diǎn)介紹具有治療和組織再生能力的負(fù)載不同光敏劑的再生水凝膠。最后，將簡要介紹該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和未來的研究方向。
該綜述以“Multifunctional Photoactive Hydrogels for Wound Healing Acceleration”為題發(fā)表于《ACS Nano》上。通訊作者是西安交通大學(xué)郭保林教授，贊詹醫(yī)科大學(xué)Aziz Maleki和格羅寧根大學(xué)Mohammad-Ali Shahbazi。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c08334
2.
展開 
光熱劑的最新內(nèi)容
復(fù)合材料的PDA涂層負(fù)載光熱轉(zhuǎn)移劑觸發(fā)NPCM的熱響應(yīng)開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)nir控制的藥物釋放。因此，獲得的給藥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了癌癥治療的有效化療(圖15g)。此外，仿生相變納米纖維為藥物的按需遞送和控制釋放提供了機(jī)會，包括抗癌藥物、抗生素和蛋白質(zhì)。從原理上講，相變納米纖維的體積在相變過程中會發(fā)生變化，從而影響被封裝藥物的釋放行為。
復(fù)合材料的PDA涂層負(fù)載光熱轉(zhuǎn)移劑觸發(fā)NPCM的熱響應(yīng)開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)nir控制的藥物釋放。因此，獲得的給藥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了癌癥治療的有效化療(圖15g)。此外，仿生相變納米纖維為藥物的按需遞送和控制釋放提供了機(jī)會，包括抗癌藥物、抗生素和蛋白質(zhì)。從原理上講，相變納米纖維的體積在相變過程中會發(fā)生變化，從而影響被封裝藥物的釋放行為。
該綜述首先總結(jié)了用于制備光響應(yīng)水凝膠的光熱劑、光動力劑種類，并討論該光敏劑如何調(diào)節(jié)細(xì)菌感染的微環(huán)境以殺死微生物。并進(jìn)一步重點(diǎn)介紹具有治療和組織再生能力的負(fù)載不同光敏劑的再生水凝膠。最后，將簡要介紹該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和未來的研究方向。
因此，開發(fā)可降解有機(jī)光熱劑，是推進(jìn)PTT臨床應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。
針對以上問題，中國科學(xué)院化學(xué)研究所肖海華研究員團(tuán)隊(duì)提出了“假性共軛聚合物”的概念。
（3）光驅(qū)動型AMMs是通過在聚合物網(wǎng)絡(luò)中混合光響應(yīng)官能團(tuán)作為分子開關(guān)或光熱轉(zhuǎn)換劑來實(shí)現(xiàn)的，大致可分為光化學(xué)反應(yīng)和光熱反應(yīng)。受到外部光源的刺激，光響應(yīng)組分發(fā)生變形，從而引發(fā)整體結(jié)構(gòu)在宏觀尺度上的變化。如圖5(f)所示，研究人員結(jié)合剪紙結(jié)構(gòu)和光響應(yīng)液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種能夠在光源的引導(dǎo)下完成滾動、轉(zhuǎn)向和爬坡等動作的棘輪形機(jī)器人。
（4）電驅(qū)動型AMMs也可以分為兩大類。
cmPg能夠穩(wěn)定產(chǎn)生黑色素，在激光照射下可作為光熱治療劑(PTT)，促進(jìn)癌細(xì)胞發(fā)生光熱誘導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡(ICD)。該免疫調(diào)節(jié)細(xì)菌與anti-PD -1聯(lián)合使用，可抑制B16F10黑色素瘤和CT26結(jié)腸癌原發(fā)和繼發(fā)腫瘤的生長。本研究提供了一個直接的策略，將Pg的角色從炎癥細(xì)菌轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防癌癥的生物材料。
然而，傳統(tǒng)光熱劑存在明顯的局限性：比如光熱轉(zhuǎn)換效率低、光穩(wěn)定性差、光敏劑光穿透深度較淺。鑒于此，研發(fā)新型光敏劑材料，尤其是可將光熱劑、光敏劑和聚合物基體復(fù)合制備的新型可注射水凝膠，以同時進(jìn)行PTT和PDT，為癌癥治療中提供新的更有效媒介。但將光熱劑，光敏劑引入水凝膠中，操作發(fā)展，對材料進(jìn)行復(fù)雜的修飾是難以避免的。
近年來，新冠肺炎等傳染病的爆發(fā)，使得個人防護(hù)裝備的需求增加，在疫情爆發(fā)初期往往會導(dǎo)致原材料的短缺。此外，不適當(dāng)?shù)膫€人防護(hù)設(shè)備的后處理和消毒也可能會具有交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，探索具有攔截和滅活致病微生物的抗菌材料，開發(fā)可重復(fù)使用、易殺菌的個人防護(hù)用品具有重要意義。
近日，唐本忠院士/王東副教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一類利用靜電紡絲技術(shù)制備的具有日光觸發(fā)的光動力
最近他們發(fā)現(xiàn)天然抗腫瘤藥物棉酚（gossypol）和綠茶多酚（EGCG）與金屬離子無限配位聚合物顏色變深，吸收光譜發(fā)生了變化，具有了一定的光熱轉(zhuǎn)換能力，在摻雜一定比例的光熱劑IR780后，其光熱效率從16%大幅增加為47.8%，使這種ICP nanomedicines同時具有了光熱治療和ICPs雙藥化療的能力，擁有了一物多用的特點(diǎn)。
基于FA（腫瘤靶向劑）、Hb（供氧劑）、Fe2+（生成羥基自由基的催化劑）、GOD（消耗葡萄糖的催化劑）和PDA（光熱劑）的協(xié)同作用，納米調(diào)節(jié)器通過腫瘤靶向聚集、持續(xù)供氧、消耗葡萄糖、產(chǎn)生H2O2和HO·、以及光熱轉(zhuǎn)換等序列過程，對腫瘤組織內(nèi)乏氧程度、葡萄糖含量、自由基濃度、局部溫度等微環(huán)境進(jìn)行有效操縱，實(shí)現(xiàn)了高效的腫瘤協(xié)同治療。
