VISQUE应用案例4一种可生物降

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将碳纳米点(CDs)整合到介孔二氧化硅框架中,用于生物医学中特别是用于癌症免疫治疗,被认为是一个未经探索的挑战。复旦大学药学院的黄荣琴教授,以及学生钱敏博士巧妙地利用氢键/静电辅助共组装策略,将聚合物涂层CDs均匀地结合到介孔二氧化硅纳米粒子(CD

MSNs)的有序骨架中。所制备的CD

MSN不仅可以通过CD诱导肿胀的骨架进行生物降解,而且还可以通过增强光热效应和提高靶向性积累来聚集分散的CD,从而在体内外实现光热成像引导光热治疗(PTT)。有趣的是,得益于生物降解的碎片,结果发现CD

MSN介导的PTT通过刺激自然杀伤细胞和巨噬细胞的增殖和活化,同时上调相应细胞因子(IFN-γ和颗粒酶B)的分泌,协同实现免疫抑制肿瘤转移。这次研究提出了一种非常规的生物可降解介孔二氧化硅的合成方法,并为生物可降解纳米颗粒相关的抗癌免疫提供了一个新的思路。

Figure1.骨架膨胀引发可生物降解CD

MSN体内给药过程的示意图及其应用在光热成像引导肿瘤靶向PTT联合碎片介导的肿瘤转移免疫治疗中

Figure2.(A,B)CD

MSN的TEM图像和(C,D)HRTEM图像。(B)中插图为TEM测量掺入CD的粒径分布。(C,D)中插图分别为CD在CD

MSN中的晶体衍射图和晶格条纹。(E)STEM图像,(F-H)二氧化硅、氧、碳的EDX图像,(I)CD

MSN的三维重建图像合并。(J)原始MSN和CD

MSN的SAXS谱和(K)固态29SiNMR谱。(L)MSN骨架碳纳米点制备示意图

Figure3.(A-E)CD

MSN在生理溶液中分别孵育1、2、4、6和12d的TEM图像。(C)中插图显示了由于生物降解而从CD

MSN(黄色虚线)中吸收的的CD(红色箭头)。(F)在nm(2.0wcm-2)激光照射下,含有相同浓度CD的PBS7.4、游离CD和CD

MSN的光热加热曲线。(G-I)CD

MSN在体外模拟降解过程中的粒径、紫外吸收和光热效应。柱中的数字表示激光曝光的持续时间。(J)4T1细胞经不同处理后的共聚焦图像。绿色为活细胞;红色为死细胞。比例尺为μm。(K)4T1细胞经不同处理后(是否在nm激光(2.0wcm-2)下照射5min)的细胞毒性。数据用平均值±标准差表示(n=4)

Figure4.(A)荷瘤小鼠经nm激光照射5min(2.0wcm-2),皮下注射,静脉注射,不同时间点注射CD或CD

MSN后的光热图像。(B)荷瘤小鼠在nm激光(2.0wcm-2)下照射5min内,在相应的最佳注射时间点下的具有最大光热效应的光热图像。(C)光热定量分析肿瘤内注射纳米粒的肿瘤内滞留效率曲线和注射后不同时间点静脉注射纳米粒的肿瘤内聚集效率曲线。指示箭头表示曲线和相应坐标之间的关系。(D)经不同处理方式注射第7天时小鼠肿瘤细胞凋亡情况。蓝色表示DAPI染色的细胞核;绿色表示FITC标记的凋亡细胞。比例尺为μm。(E)相应治疗后肿瘤体积随时间的变化。数据用平均值±标准差表示(n=4)。采用Tukey-post检验进行单因素方差分析,计算统计学意义(p0.)。(F)给药后14天,从不同荷瘤小鼠组(黄色虚线圈出转移瘤灶)和相应的HE染色切片(蓝色虚线显示转移瘤的边界)采集的肺照片。比例尺为μm

Figure5.(A)静脉注射MSN和CD

MSN后不同时间主要脏器的荧光图像。荧光信号:Cy5标记的纳米粒子。(B-D)注射后不同时间点相应组脾、肝和肺荧光强度的半定量分析。(E)不同组小鼠血浆颗粒酶B和IFN-γ的浓度。(F,G)流式细胞仪分析的代表图像,并相应量化不同器官CD45+细胞上NK细胞(F)和巨噬细胞(G)的增殖和分化。在点图中,数据显示为平均值±标准差。而在盒形图和晶须图中,中心线、盒形界限和晶须分别表示中位、上下四分位数和最高和最低观测值。用t检验计算统计学意义。P值:*,P0.05;**,P0.01;**,P0.(n=4)

Figure6.(A)MSN或CD

MSN纳米粒与4T1细胞孵育不同时间的TEM图像。红线圈出了细胞中的纳米颗粒,而黄线圈出了纳米颗粒周围的细胞种类。CD

MSN在4T1细胞中逐渐降解。(B)与4T1细胞孵育不同时间后,纳米颗粒在近红外和非近红外照射下吸附的定量蛋白质含量。数据表示为平均值±标准差(n=3)。P值用t检验计算(P0.01)。(C)Westernblots及相应的TAAs吸收定量分析

结论:综上所述,采用氢键/静电辅助共组装的方法,作者成功地合成了碳纳米点(CD

MSNs)。制备所得CD

MSN粒径均匀,中孔有序,生物相容性好,水分散性好。同时,通过收集分散的碳纳米点,它表现出强光热性能,因此显示出更高的靶向性聚集,并在体内外实现光热成像引导PTT。此外,由于骨架结合碳纳米点引起的肿胀,CD

MSNs能够被生物降解。并且生物降解的碎片可以从光热致死的肿瘤细胞中原位获取肿瘤免疫抗原,并携带这些抗原逃逸坏死组织,通过刺激NK细胞和巨噬细胞的增殖和活化,同时上调其表达,选择性地进入免疫器官进行免疫治疗相应细胞因子的分泌。因此,基于CD

MSN的PTT能有效抑制肿瘤向远处转移。这些成果将为生物可降解纳米颗粒的合成及其对癌症免疫的协同作用提供一个新的思路。

论文链接:

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文中的活体荧光成像部分使用了VISQUE?InvivoSmart超灵敏小动物活体实时荧光成像系统,VISQUE系列的小动物荧光生物发光成像系统是由全球领先的科研级CCD生产商——vieworks.lnc公司设计并生产的第一代智能型小动物实时活体成像系统。具备高分辨率,智能实时,高采集速度的强大优势受到了广大客户群体的一致认可,可广泛应用于各种需要荧光或者生物发光功能进行的活体内示踪研究等。

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