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  腫瘤微環(huán)境同時存在血液灌注限制的急性乏氧（perfusion-limited acute hypoxi）和氧氣彌散距離限制的慢性乏氧（diffusion-limited chronic hypoxia）。二者對于光動力學(xué)治療（PDT）的效果均具有明顯的抑制作用。研究者們通常應(yīng)用載氧材料(O2-carrying materials)、光催化產(chǎn)氧材料及微光熱治療單一改善擴散型或者灌注型乏氧，以提高腫瘤治療效果。迄今為止，可以同時改善灌注型乏氧和擴散型乏氧的材料與應(yīng)用研究尚未被報道。

  最近，來自中國科大生命科學(xué)學(xué)院的王育才教授以及高分子科學(xué)與工程系的徐航勛教授的研究團(tuán)隊在Nano Letters上報道了一種iRGD肽修飾的紅細(xì)胞膜（i-RBM）包被的氧化石墨炔(GDYO)納米片(GDYO@i-RBM)，其能通過在腫瘤組織原位產(chǎn)氧和增強血液灌注同時克服兩種類型的乏氧，從而顯著提高PDT治療的效果（圖1）。

圖1、（a）仿生GDYO納米片的制備過程;（b）光照仿生GDYO納米片的產(chǎn)氧、產(chǎn)1O2及光熱轉(zhuǎn)化機理圖。（c）仿生GDYO納米片同時緩解擴散型和灌注型乏氧以提高PDT的治療效果示意圖。

  研究者首先通過強酸氧化與液相超聲剝離成功制備尺寸120 ± 15 nm，厚度~1.7 nm的GDYO納米片。研究發(fā)現(xiàn)，氧化與剝離成功調(diào)控了石墨炔（GDY）的能帶結(jié)構(gòu)，明顯降低的價帶端（VBM）賦予GDYO更高的光氧化熱力學(xué)驅(qū)動力，結(jié)合GDYO強的光吸收能力以及超薄的二維結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出超高的光催化活性。在近紅外光照射下，GDYO納米片同時表現(xiàn)出優(yōu)異的催化水分解產(chǎn)氧、單線態(tài)氧以及光熱轉(zhuǎn)換性能（圖2）。

圖2、（a）GDYO納米片的AFM圖像；（b）GDY與GDYO納米片的能帶結(jié)構(gòu)圖；（c）GDY與GDYO納米片光催化產(chǎn)氧性能；（d）GDYO納米片的光熱轉(zhuǎn)換性能。

  為了提高GDYO納米片的腫瘤靶向性能力以及生物相容性，該團(tuán)隊利用iRGD肽修飾的紅細(xì)胞膜（i-RBM）包被GDYO納米片，獲得仿生納米片GDYO@i-RBM。腫瘤組織在注射GDYO@i-RBM納米片并經(jīng)近紅外光照后，腫瘤血管出現(xiàn)明顯的擴張現(xiàn)象，擴張血管周邊的乏氧信號（綠色熒光）也隨之明顯減弱（圖3），這是由于i-RBM包被賦予GDYO納米片良好的腫瘤富集及其優(yōu)異的光催化產(chǎn)氧緩解了腫瘤擴散型乏氧；與此同時，GDYO的光熱轉(zhuǎn)化功能，能夠有效擴張腫瘤血管，增強血液灌注，從而有效克服了灌注型的乏氧。因此，本工作以仿生結(jié)構(gòu)的GDYO納米片為平臺，通過同時改善擴散型乏氧與灌注型乏氧，顯著提高腫瘤PDT治療效果。

  該研究以二維共軛微孔聚合物為平臺，通過能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控、仿生修飾同時提升其光催化水分解產(chǎn)氧活性以及靶向能力，并成功應(yīng)用于緩解腫瘤乏氧；也為今后設(shè)計和合成共軛微孔聚合物納米載體應(yīng)用于緩解擴散和灌注限制的腫瘤乏氧提供了新的啟發(fā)。

圖3、 腫瘤組織在注射仿生GDYO@i-RBM納米片后，光照前后腫瘤乏氧和血管變化情況。

  該工作得到了國家自然科學(xué)基金（NOs. 51773191, 51573176, 51633008，21875235），國家重點研發(fā)計劃（2017YFA0205600和2017YFA0207301）的資助。

  論文題目為“Tumor Reoxygenation and Blood Perfusion Enhanced Photodynamic Therapy using Ultrathin Graphdiyne Oxide Nanosheets。

  中國科大博士生蔣為、張震與汪沁同學(xué)為本論文共同第一作者，徐航勛教授與王育才教授為本文的共同通訊作者。

  論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01458

  王育才教授課題組主頁：http://nanomedicine.ustc.edu.cn/

  徐航勛教授課題組主頁：http://staff.ustc.edu.cn/~hxu/