光熱劑的案例
：可降解的近紅外二區假性共軛聚合物光熱劑治療高級別漿液性卵巢癌
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，受到人們的廣泛關注。作為PTT的核心要素，光熱劑（photothermal agents, PTAs）的開發對于PTT至關重要。目前被廣泛報道的PTAs可歸納為以下三大類：1）無機納米粒子如金納米粒子、CuS等；2）有機小分子；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行包裹，制備成光熱效應的納米粒。這又帶來了新的諸如批次差異、重復性低等問題，限制了其進一步應用。此外，基于小分子化合物的PTAs一般還存在光熱穩定性差的特點。共軛高分子是一類嚴格單雙鍵交替連接的聚合物，因其獨特的大π鍵結構，它們在近紅外窗口中往往具有很強的吸收，展現出了優異的光學性能。這類材料被大量報道用于能源、太陽能電池等領域。近年來，它們在癌癥的光熱治療等領域也大放異彩。然而，需要指出的是，正是因為這類π-共軛鍵具有化學惰性，導致它們在人體內生理環境下同樣難以有效降解，存在著潛在著長期的毒副作用。這也導致了這類共軛高分子材料在生物醫用領域內的應用尤其是在活體組織內的應用一直存在爭議。因此，開發可降解有機光熱劑，是推進PTT臨床應用的關鍵點。
針對以上問題，中國科學院化學研究所肖海華研究員團隊提出了“假性共軛聚合物”的概念。
展開 上海交通大學汪朝陽和朱申敏團隊《AFM》：基于纖維素納米晶與碳點的可注射水凝膠用于腫瘤光熱、光動力治療
光熱療法 (PTT) 和光動力療法 (PDT)是運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換效率的材料注射入人體內部，利用靶向性識別技術聚集在腫瘤組織附近，并在外部光源的照射下將光能轉化為熱能來殺死癌細胞的一種治療方法。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，引發光化學反應或熱效應破壞腫瘤。作為非侵入性的治療方法，光熱和光動力治療相比于傳統腫瘤療法，其優勢在于能夠實現時空可控地對腫瘤區域精確照射，進行有效的治療，達到最大限度地減少副作用的效果。
然而，傳統光熱劑存在明顯的局限性：比如光熱轉換效率低、光穩定性差、光敏劑光穿透深度較淺。鑒于此，研發新型光敏劑材料，尤其是可將光熱劑、光敏劑和聚合物基體復合制備的新型可注射水凝膠，以同時進行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，操作發展，對材料進行復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，一直是該領域研究熱點之一。
上海交通大學材料科學與工程學院朱申敏教授和醫學院附屬第九人民醫院眼科汪朝陽主任醫師團隊提出了一種簡單的方法，利用氨基修飾的碳點 (NCD) 和醛基改性纖維素納米晶體間的反應，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，同時作為交聯劑形成水凝膠。NCD表現出 77.6% 的光熱轉換效率，并且在660 nm光照下具有 0.37 的高單線態氧量子產率。體外細胞實驗和體內動物實驗證明水凝膠無毒和有效的腫瘤抑制作用。
展開 西安交大吳道澄教授課題AFM：在光熱/無限配位聚合物雙藥協同腫瘤治療方面取得重要進展
光熱療（PTT）可在短時間內迅速有效地清除腫瘤細胞，研究者常常將光熱劑和藥物負載在載體上同時進行腫瘤的光熱療和化療，隨著納米技術的發展，該領域受到了持續的關注。目前PTT具有治療速度快、治療效果明顯的優點，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發的缺點。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、療效單一、耐藥等缺點，有時光熱還會破壞化療藥物。因此PTT/化療腫瘤聯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），它的優點是不需要載體材料，直接用藥物做載體，因此具有較高的載藥量，且熱穩定性好，還可以根據需求自由設計不同藥物的比例。ICPs中的配位鍵還有著低pH敏感釋放的特點，由于腫瘤的特殊酸性環境，ICPs特別適合用于腫瘤的藥物聯合治療。
研究發現，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，吸收光譜發生了變化，具有了一定的光熱轉換能力，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。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行。
展開 唐本忠院士/王東副教授Biomaterials：負載AIE光敏劑的納米纖維薄膜用于光動力和光熱效應協同的生物防護
近日，唐本忠院士/王東副教授團隊報道了一類利用靜電紡絲技術制備的具有日光觸發的光動力/光熱聯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構，使得其對超細顆粒和致病性氣溶膠表現出了較好的攔截效果。得益于AIE光敏劑優越的光物理性能，TTVB@NM在可見光范圍內具有較寬的吸收、高效的ROS產生能力和溫和的光熱轉換性能。一系列抗菌性能評價結果表明，TTVB@NM對多種病原菌具有廣譜的抑菌效果。本工作構建了一種可重復使用和具有自滅菌功能的復合材料，在生物防護方面具有潛在的應用價值。
圖1. TTVB負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。
在這項工作中，作者首先評估了AIE光敏劑TTVB的活性氧產生能力并與商業化的光敏劑玫瑰紅（Rose Bengal）進行了對比，結果表明，在模擬太陽光照射下，TTVB比RB具有更強的ROS產生能力。盡管TTVB比RB產生的單線態氧（1O2）要少，卻可以產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，有利于其遠距離擴散，O2?-還可以進一步被轉化為氧化能力更強的?OH，有利于病原菌的高效滅活。基于此，TTVB對多種病原菌（革蘭氏陽性菌、格蘭仕陰性菌、真菌和噬菌體）均具有優異的殺菌效果（見圖2）。
圖2. AIE光敏劑TTVB的活性氧產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將TTVB通過物理摻雜的方法負載到了一個納米纖維薄膜中，即TTVB@NM。
展開 
西安交大郭保林教授課題組 ACS Nano/Nano-Micro Lett.綜述：光響應水凝膠皮膚敷料和導電傷口敷料領域研究進展
光響應水凝膠傷口敷料
圖1.常見光敏劑用于制備多功能光響應水凝膠用于加速傷口愈合
光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）在預防傷口感染和促進傷口愈合方面顯示出巨大的應用前景。此外，由于其優異的生化作用，水凝膠在傷口敷料領域已顯示出誘人的優勢。因此，集光活性和水凝膠優點于一身的多功能光響應水凝膠越來越多地應用于生物醫學，尤其是傷口修復領域。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水凝膠的設計和應用的全面綜述。據此，西安交通大學郭保林團隊等系統的綜述了多功能光響應水凝膠負載不同種類的光敏劑用于治療傷口或感染傷口。
該綜述首先總結了用于制備光響應水凝膠的光熱劑、光動力劑種類，并討論該光敏劑如何調節細菌感染的微環境以殺死微生物。并進一步重點介紹具有治療和組織再生能力的負載不同光敏劑的再生水凝膠。最后，將簡要介紹該領域的挑戰和未來的研究方向。
該綜述以“Multifunctional Photoactive Hydrogels for Wound Healing Acceleration”為題發表于《ACS Nano》上。通訊作者是西安交通大學郭保林教授，贊詹醫科大學Aziz Maleki和格羅寧根大學Mohammad-Ali Shahbazi。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c08334
2.
展開 西安交通大學吳道澄教授課題組綜述：治療劑組裝無限配位聚合物納米藥物治療腫瘤
最近他們發現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，吸收光譜發生了變化，具有了一定的光熱轉換能力，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。由于ICPs nanomedicines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行。動物實驗表明該ICP nanomedicines的腫瘤抑制率高達98.7%，60天后腫瘤的復發率僅為12.5%。
鑒于ICP nanomedicines未來的光明前景，為吸引不同學科的研究者共同參與ICP nanomedicines的研究開發。基于在該領域多年的持續研究，西安交通大學吳道澄教授課題組對治療劑組裝的ICP nanomedicines在腫瘤治療領域的研究進展進行了綜述（如圖1），該綜述對ICP nanomedicines的制備方法以及自身特性進行了系統性的總結，重點討論了ICP nanomedicines在腫瘤化療、光療以及協同治療中的應用。提出了在這一領域未來仍需要進一步解決的問題：1.金屬離子的毒性還不能完全被降低到可忽略的程度；2.治療劑的功能單一、缺乏系統性發掘治療劑的多功能協同作用；3.治療效果的評價指數過于單一；4. ICPnanomedicines結構及理論研究不足。綜述最后提出未來可能重點研究方向：1. 多重靶向修飾提高ICPs nanomedicines的利用率；2. 拓展治療劑的類型和功能，構建一物多用的多功能治療體系；3. 拓展多種腫瘤治療方法之間的協同治療策略；4. ICP nanomedicines的理化和生物學機制是未來的重要研究方向；5.
展開 西安交大陳鑫教授團隊構建納米調節器實現腫瘤協同治療
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）的協同作用，納米調節器通過腫瘤靶向聚集、持續供氧、消耗葡萄糖、產生H2O2和HO·、以及光熱轉換等序列過程，對腫瘤組織內乏氧程度、葡萄糖含量、自由基濃度、局部溫度等微環境進行有效操縱，實現了高效的腫瘤協同治療。此外，引入的PEG鏈可有效防止血清蛋白干擾和免疫清除，而PDA作為抗氧化劑，既能不斷地將被氧化的Fe3+還原為Fe2+為化學動力學治療持續提供充足的催化劑又可以保護Hb免受治療過程中自氧化所引起的供氧能力喪失。
圖1、納米調節器結構及功能示意圖
相關成果以“On-demand Manipulation of Tumorigenic Microenvironments by Nano-Modulator for Synergistic Tumor Therapy”發表在Biomaterials上(Biomaterials, 2021, 275, 120956)。該研究工作由西安交通大學化工學院陳鑫教授團隊和空軍軍醫大學金巖教授/劉世宇副教授團隊合作完成，西安交通大學化工學院博士研究生袁萍耘、空軍軍醫大學博士研究生竇庚為該文章共同第一作者，西安交通大學陳鑫教授與空軍軍醫大學劉世宇副教授為共同通訊作者。同時得到了空軍軍醫大學金巖教授、西安交通大學第一附屬醫院初大可教授，以及國家自然科學基金、陜西省自然科學基金、西安交通大學“青年拔尖人才支持計劃”等項目的大力支持。
展開 .: 通過光熱治療和光聲成像的納米治療法治療癌癥
目前，癌癥治療中的新興療法包括免疫療法、基因療法、光動力療法 (PDT)和光熱療法 (PTT)等，其已經改善或有可能改善治療效果。 PTT利用光熱轉換劑 (PTAs)的光熱效應，光能轉換劑可以從光中獲取能量并將能量轉化為熱量以增加周圍環境的溫度并引發癌細胞的死亡。將光能以非熱輻射形式轉化為熱能 (光熱療法，PTT)或聲能 (光聲成像，PAI)分別用于治療和診斷癌癥。通過利用納米載體，已經徹底研究了成像和治療功能以及增強腫瘤處的累積，以提高PAI和PTT臨床前的效率。
【成果簡介】
近日，Chem. Soc. Rev. 在線刊登了北京大學的戴志飛教授和美國國立衛生研究院的陳小元教授（共同通訊作者）等人總結“Photothermal therapy and photoacoustic imaging via nanotheranostics in fighting cancer” 綜述。在文章中，首先總結了無機和有機納米光熱轉換劑 (PTAs)的發展和改善PTT效果的策略，即包括應用適當的激光劑量、成像技術指導治療、NIR-II區中開發吸收PTAs 、提高光熱轉換效率 (PCE)和增加腫瘤中PTAs的積累。其次，介紹了PTT與癌癥治療中其他療法相結合的優勢。第三，舉例PAI在癌癥相關研究中的新興應用。最后，討論了PTT和PAI對抗癌癥的觀點和挑戰，特別是關于它們的臨床轉化。相信具有值得注意的特征的PTT和PAI將成為下一代非侵入性的癌癥治療技術，并提高治療癌癥的效果。
【圖文導讀】
1、光熱轉換劑 (PTAs)的分類和特征
PTAs可以將吸收的光能轉化為熱能，從而提高周圍環境的溫度。
展開 浙大周民團隊Nano Today：細胞膜修飾牙齦卟啉單胞菌用于腫瘤微環境免疫調控和光熱免疫治療
cmPg能夠穩定產生黑色素，在激光照射下可作為光熱治療劑(PTT)，促進癌細胞發生光熱誘導免疫原性細胞死亡(ICD)。該免疫調節細菌與anti-PD -1聯合使用，可抑制B16F10黑色素瘤和CT26結腸癌原發和繼發腫瘤的生長。本研究提供了一個直接的策略，將Pg的角色從炎癥細菌轉變為預防癌癥的生物材料。通過使用生物工程方法將光熱治療、細菌治療和anti-PD-1免疫治療相結合，其生產工藝并不復雜，機理明確，便于后期開展臨床轉化研究。
實驗證明了細菌炎癥反應與抗腫瘤反應可以有效結合。cmPg含有CD47蛋白，能夠逃脫巨噬細胞的吞噬，以較少的細菌數量釋放更多的黑色素。在照射后，cmPg可實現黑色素光熱轉換，并能迅速提高溫度，提高US/PA成像信號強度。在細胞和組織中發現了CD206、CD80、IL-6、IL-12、IL-10和MCP-1的表達，說明了cmPg的調控行為。該聯合治療策略包括三部分:cmPg、激光治療和anti-PD -1檢查點阻斷，在延長生存率方面有明顯改善。此策略能激活免疫系統，促進成熟樹突狀細胞、細胞毒性淋巴細胞、記憶T細胞和抗腫瘤M1型巨噬細胞的增加。
浙江大學轉化醫學研究院博士后陳琪是論文的第一作者，浙江大學周民研究員和王凱教授是論文的通訊作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金和中國博士后科學基金的資助，浙江大學癌癥中心以及現代光學儀器國家重點實驗室的大力支持。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S174801322100236X
展開 北京理工大學方岱寧院士、李營教授團隊Adv. Sci.綜述：智能驅動力學先進結構及其構筑原理的最新進展
實際上，后面幾類基于電熱、光熱和磁熱原理的AMMs，本質上都屬于熱驅動型。
（2）化學驅動型AMMs主要基于結構與環境之間的化學反應，取材非常廣泛，如化學響應水凝膠、金屬離子、化學活性聚合物等。其驅動策略是將化學響應材料置于如水、酸、有機或離子溶劑等液體環境中，通過結構設計，讓AMMs在受到外部化學刺激時呈現出可控變形。化學驅動型AMMs具有控制精確和響應靈敏的特點，適用于各種微型系統。
（3）光驅動型AMMs是通過在聚合物網絡中混合光響應官能團作為分子開關或光熱轉換劑來實現的，大致可分為光化學反應和光熱反應。受到外部光源的刺激，光響應組分發生變形，從而引發整體結構在宏觀尺度上的變化。如圖5(f)所示，研究人員結合剪紙結構和光響應液晶聚合物網絡設計了一種能夠在光源的引導下完成滾動、轉向和爬坡等動作的棘輪形機器人。
（4）電驅動型AMMs也可以分為兩大類。第一種是利用導體中電流產生的熱能來驅動機械變形，仍然屬于熱驅動。代表性的是基于電熱效應的導電形狀記憶聚合物和合金。另一種類型的電響應AMMs則是將外部電刺激轉化為物理或化學反應，如電化學響應材料、電活性聚合物、介電彈性體和離子聚合物-金屬復合材料等。電驅動型AMMs應用方便，但目前大多數產品都需要接線工作，這是制約其發展的因素之一。
（5）磁驅動型AMMs是目前最熱門的智能超結構之一，由于其響應靈敏、遠程控制、安全無害等優點受到了研究人員的青睞。代表性的有將磁性顆粒和軟材料基體混合制備的磁軟材料。
展開 大自然是PCM結構設計、行為和理論的源泉之一
Xia小組對基于NPCM的近紅外控制藥物遞送系統進行了大量研究，其中引入中空聚苯乙烯和金納米容器作為載體，并裝載NPCM和治療劑，從而實現直接加熱或高強度聚焦超聲下的精確藥物遞送。在最近的另一項研究中，Meng及其同事提出了一種nir響應和熱調節的藥物遞送納米平臺，他們將藥物載體沸石咪唑酸框架-8 (ZIF-8)/鹽酸阿霉素(DOX)復合材料包裹在NPCM中，并進一步用聚多巴胺(PDA)修飾復合材料(圖15f)。在該系統中，NPCM不僅作為藥物復合介質，而且作為熱響應開關，控制藥物的釋放和擴散過程。復合材料的PDA涂層負載光熱轉移劑觸發NPCM的熱響應開關，以實現nir控制的藥物釋放。因此，獲得的給藥系統實現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會，包括抗癌藥物、抗生素和蛋白質。從原理上講，相變納米纖維的體積在相變過程中會發生變化，從而影響被封裝藥物的釋放行為。Wang等人通過將DOX和月桂酸(LA)加載到PAN/ZIF-8纖維中，提出了一種基于相變纖維的溫度調節給藥系統(圖15h)。該系統在近紅外照射下具有良好的體外控釋效果，可實現對腫瘤的輕度光熱治療和化療。誠然，基于pcm的控釋系統層出不窮，在癌癥治療中顯示出巨大的潛力。
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大自然是PCM結構設計、行為和理論的源泉之一
Xia小組對基于NPCM的近紅外控制藥物遞送系統進行了大量研究，其中引入中空聚苯乙烯和金納米容器作為載體，并裝載NPCM和治療劑，從而實現直接加熱或高強度聚焦超聲下的精確藥物遞送。在最近的另一項研究中，Meng及其同事提出了一種nir響應和熱調節的藥物遞送納米平臺，他們將藥物載體沸石咪唑酸框架-8 (ZIF-8)/鹽酸阿霉素(DOX)復合材料包裹在NPCM中，并進一步用聚多巴胺(PDA)修飾復合材料(圖15f)。在該系統中，NPCM不僅作為藥物復合介質，而且作為熱響應開關，控制藥物的釋放和擴散過程。復合材料的PDA涂層負載光熱轉移劑觸發NPCM的熱響應開關，以實現nir控制的藥物釋放。因此，獲得的給藥系統實現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會，包括抗癌藥物、抗生素和蛋白質。從原理上講，相變納米纖維的體積在相變過程中會發生變化，從而影響被封裝藥物的釋放行為。Wang等人通過將DOX和月桂酸(LA)加載到PAN/ZIF-8纖維中，提出了一種基于相變纖維的溫度調節給藥系統(圖15h)。該系統在近紅外照射下具有良好的體外控釋效果，可實現對腫瘤的輕度光熱治療和化療。誠然，基于pcm的控釋系統層出不窮，在癌癥治療中顯示出巨大的潛力。
圖15.生命科學和醫療服務的NPCM。
由于相變過程中可調節的熱調節和接近恒定的溫度，NPCM在可穿戴設備領域引起了相當大的興趣。到目前為止，一系列功能性的熱調節紡織品已被制成結合相的PCM轉化溫度為18-35°C，進入纖維，織物，和泡沫。具體來說，Tao等人在微結構纖維中填充聚乙二醇，并在其表面涂上聚二甲基硅氧烷后制成可穿戴的溫度調節紡織品(圖16a)。
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