作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2016/2/15 9:41:24
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荧光碳点捕捉脑肿瘤细胞

 利用柠檬酸和胺合成不同发光的碳点。

■本报记者 沈春蕾

前不久,中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员孙再成的研究小组、中科院长春应用化学研究所研究员谢志刚和景遐斌的课题组,与四川大学高会乐副教授课题组合作,通过荧光活体成像系统,观察了碳点在荷瘤小鼠内的生物分布,为脑肿瘤的早期诊断和进一步构建智能化纳米药物奠定了坚实的基础。

脑肿瘤诊疗的瓶颈

脑肿瘤是常见的神经系统疾病之一。临床发现,脑肿瘤病人出现明显的症状表现大多已到了中晚期。近年来,随着医学的发展,脑肿瘤的治疗方法也越来越多,其中化疗是治疗脑肿瘤方法之一。

“然而,脑肿瘤化疗药物区分正常细胞与恶性细胞的能力不强,对正常细胞也有毒害,会引起明显不良反应,随着化疗药物剂量的加大,不良反应也随之增加。”孙再成告诉《中国科学报》记者。

因此,脑肿瘤的化疗疗效根据具体药物、具体化疗方法、是否合并应用辅助用药等而定。目前,针对脑肿瘤原则上是通过化疗获得最大疗效,并且尽可能把化疗药物的不良反应降至最低点。

脑肿瘤诊疗是一项复杂的系统工程,医学界倡导精准医学、优化治疗、转化医学,做好早诊早治工作。这里的精准医学包含三个集成,分别是基因蛋白与代谢组学的集成、临床和影象信息的集成、大数据信息的集成与分析。

如今,肿瘤的诊疗已到瓶颈阶段,从未知到已知再到新的未知。谢志刚和景遐斌课题组多年来从事抗癌药物的研究,他们在一次动物试验中发现,将药物注射入动物体内后无法进行跟踪和监测药物的代谢情况。

孙再成团队主要从事纳米材料制备,谢志刚和景遐斌遇到的难题刚好是他们的研究方向,于是合作一拍即成。

合成多色荧光碳点

“我们给出的方法是将无机荧光纳米粒子和药物包覆在一起,利用荧光成像来示踪药物代谢。”孙再成说。

孙再成研究小组合成的碳点具有优异的发光特性、良好的生物相容性、低毒性、强亲水性和表面易功能化等特性,这恰恰是景遐斌课题组寻找的材料。于是孙再成团队带上材料来到长春应化所,配合谢志刚和景遐斌课题组,开展生物成像和肿瘤治疗试验。

据孙再成介绍,以碳点为荧光制剂结合其他官能团,可以赋予更多的功能,使其在生物应用领域具有广泛的潜在应用价值。

团队通过简单的调控反应溶剂,合成了N掺杂的荧光碳点,可以在紫外、蓝光和绿光激发下产生接近于单色的蓝、绿和黄光,使其在长波长的激发光下发出肉眼可见的荧光,有助于生物成像和进一步的应用。

孙再成补充道:“为了进一步将碳点的发光像长波长方向移动,我们采用了自下而上的方法合成了硫、氮共掺的荧光碳点,获得了可以发出蓝、绿、红三色的荧光碳点。”

开发智能纳米药物

孙再成团队研发的碳点具有卓越的多色发光特性,有助于实现体外的细胞成像和活体内更深层组织的荧光成像。此外,他们在碳点的合成过程中引入氨基酸分子,这赋予该类碳点在不需要额外引入靶向分子的情况下,即可实现对脑肿瘤细胞的高度选择性。

2014年,两支团队通过合作将具有诊断成像功能的碳点和具有治疗功能的药物分子——奥沙利铂有机结合在一起,进一步实现了药物的可控释放性,降低对正常组织和细胞的毒性。

同时,他们还与高会乐课题组开展合作,从小鼠的活体成像数据来看,通过尾静脉注射的碳点能在5分钟内快速地穿过血脑屏障,并选择性地富集在脑胶质瘤内,而在正常脑组织内的分布却非常少,充分证实了该碳点对脑胶质瘤的靶向成像功能。

“长春应化所开展生物试验,我们负责合成材料,四川大学观察脑肿瘤成像。”孙再成表示,“我们三家单位目前在科研阶段合作很顺利,下一步需要开展的是集成工作。”

目前,团队在构建具有靶向、成像和治疗等多重功能的智能化纳米药物方面开展合作。“抗肿瘤药物的市场前景巨大,但我们的力量又相对有限,因此希望能有一家药物公司能够参与到研究工作中,来集成我们现有的工作,并将其发展成为一类具有靶向、成像、治疗为一体的个性化诊疗药物。”孙再成说。

《中国科学报》 (2016-02-15 第5版 创新周刊)
 
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