高效双光子激发纳米光敏体系与肿瘤细胞光动力杀伤行为

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基本信息

  • 批准号：
    31371014
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    85.0万
  • 负责人：
    邢金峰
  • 依托单位：
    天津大学
  • 学科分类：
    C1008.生物与医学工程新技术新方法
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Two-photon photodynamic therapy(TPPDT) has two important advantages including deep tissue penetration and exact localization. Therefore, TPPDT is promising to treat deep tumor tissue that is hard to be cured by general photodynamic therapy. However,TPPDT has several issues that need to be addressed, such as the low production efficiency of singlet oxygen of photosensitizer, poor tumor target of photosensitizer and the need of fast escape of photosensitizer from endosomes. In this study, a novel photosensitizer is prepared by combining antraquinone derivatives with strong two-photon absorption and four phenal porphyrin. Effective fluoresence resonance energy transfer between antraquinone derivatives and four phenal porphyrin facilitates the potosensitizer to produce singlet oxygen with high efficiency. A novel ternary component nano delivery system (TCNDS) are formed by using protein with charge reversal function in endosome, amphiphilic polycation with folate as targeting group and photosensitizer. The folate can guarantee TCNDS to be delivered into certain tumor tissue with high efficiency. Protein with charge reversal ability in endosome can facilitate amphiphilic polycation/photosensitizer nanoparticles to escape endosome. Delivery performance of the photosensitizer by TCNDS and photodynamic therapy behavior for tumor cells are studied. This research will greatly increase the production efficiency of singlet oxygen of photosensitizer and improve the killing effect of TPPDT on tumor cells.
双光子激发光动力治疗（TPPDT）具有深的组织穿透和精准空间定位能力，有望实现普通光动力治疗难以实现的深层肿瘤的有效治疗。但是，TPPDT光敏剂双光子激发单线态氧产生效率低、肿瘤组织靶向性差及内涵体逃逸能力差是需要亟待解决的科学问题。申请人将具有强双光子吸收的蒽醌衍生物与卟啉类光敏剂四苯基卟吩组合制备新型光敏剂，两者之间的荧光共振能量转移使该新型光敏剂双光子激发下高效的产生单线态氧。采用内涵体环境具有电荷反转功能的蛋白、端基带叶酸靶向基团的两亲性聚阳离子和光敏剂构建三元复合纳米递送系统（TCNDS），叶酸可使TCNDS高效递送光敏剂至特定肿瘤组织，具有电荷反转功能的蛋白可增强两亲性聚阳离子/光敏剂二元复合纳米粒内涵体逃逸能力。研究TCNDS递送光敏剂的性能和肿瘤细胞的光动力杀伤行为。本项目的研究对于解决TPPDT光敏剂单线态氧产生效率低、提高TPPDT对肿瘤细胞的杀伤效果具有重要意义。

结项摘要

双光子激发光动力治疗（TPPDT）具有深的组织穿透和精准空间定位能力，有望实现普通光动力治疗难以实现的深层肿瘤的有效治疗。但是， TPPDT 光敏剂双光子激发单线态氧产生效率低、 肿瘤组织靶向性差及内涵体逃逸能力差是需要亟待解决的科学问题。本项目重点针对单线态氧的问题，发展了提高单线态氧产生效率的一系列方法。首先研究了980nm激发的上转换纳米粒子（UCNPs）的合成工艺对UCNPs的影响以及如何提高UCNPs的荧光强度和亲水性问题。在之前的基础上制备了808 nm的激光的UCNPs，负载光敏剂MB之后通过二氧化硅包覆研究单线态氧的产生情况，通过改变纳米粒壳层厚度得到不同的单线态氧产量，发展了有效提高单线态效率的方法。进一步制备了不同结构与组成的UCNPs，测试并比较其上转换荧光强度，通过介孔硅改性UCNPs、共价键链接光敏剂的方法，构建了稳定高效的纳米光敏体系。通过控制UCNPs的壳层厚度可以有效的调控其与光敏剂的荧光共振能量转移（FRET）的效率。壳层厚度最薄的FRET效率高达86.7 %。单线态氧测试结果表明壳层厚度越薄的样品其单线态氧的产量越高，该体系同时实现了高的上转换荧光发射强度和高的FRET效率，最终使得单线态氧的产量得到大幅度提高。通过调控壳层中的稀土元素组成研究了不同壳层组成的UCNPs制备的样品在808 nm 和980 nm激光下单线态氧的产生情况，当以808 nm激光作为激发光源，采用具有最佳壳层组成的样品（NaYF4:Yb,Er,Nd@NaYF4:Yb0.1Nd0.2）制备UCNPs@mSiO2-Ce6时，单线态氧的产生效率最高，实现了高效纳米光敏体系的构建。 本项目的研究对于解决 TPPDT 光敏剂单线态氧产生效率低、提高 TPPDT 对肿瘤细胞的杀伤效果具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量（20）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Structural influence of graft and block polycations on the adsorption of BSA
接枝和嵌段聚阳离子对 BSA 吸附的结构影响
  • DOI：
    10.1016/j.ijbiomac.2015.12.088
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子：
    8.2
  • 作者：
    Zhang Li;Jin Fengmin;Zhang Tingbin;Zhang Ling;Xing Jinfeng
  • 通讯作者：
    Xing Jinfeng
Enhanced red emission of 808 nm excited upconversion nanoparticles by optimizing the composition of shell for efficient generation of singlet oxygen
通过优化壳层组成，增强 808 nm 激发上转换纳米粒子的红光发射，以有效产生单线态氧
  • DOI：
    10.1016/j.optmat.2017.09.046
  • 发表时间：
    2018-01-01
  • 期刊：
    OPTICAL MATERIALS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Liu, Jinxue;Zhang, Tingbin;Xing, Jinfeng
  • 通讯作者：
    Xing, Jinfeng
Synthesis and assembly of polyhedral oligomeric silsesquioxane end-capped amphiphilic polymer to enhance the fluorescent intensity of tetraphenylethene
多面体低聚倍半硅氧烷封端两亲聚合物的合成和组装增强四苯乙烯荧光强度
  • DOI：
    10.1007/s00396-016-3896-5
  • 发表时间：
    2016-06
  • 期刊：
    Colloid and Polymer Science
  • 影响因子：
    2.4
  • 作者：
    Wu Jin;Song Xiaoyan;Zeng Lintao;Xing Jinfeng
  • 通讯作者：
    Xing Jinfeng
Singlet oxygen generation of photosensitizers effectively activated by Nd3+-doped upconversion nanoparticles of luminescence intensity enhancing with shell thickness decreasing
Nd3掺杂上转换纳米粒子有效激活光敏剂的单线态氧生成，发光强度随着壳厚度的减小而增强
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2016.12.174
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Zou Haixia;Jin Fengmin;Song Xiaoyan;Xing Jinfeng
  • 通讯作者：
    Xing Jinfeng
Catalase-only nanoparticles prepared by shear alone: Characteristics, activity and stability evaluation
仅通过剪切制备的过氧化氢酶纳米颗粒：特性、活性和稳定性评估
  • DOI：
    10.1016/j.ijbiomac.2015.08.056
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES
  • 影响因子：
    8.2
  • 作者：
    Huang Xiao-Nan;Du Xin-Ying;Xing Jin-Feng;Ge Zhi-Qiang
  • 通讯作者：
    Ge Zhi-Qiang

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双光子聚合微加工高精密度PEG水凝胶的研究
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    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    天津大学学报 (自然科学与工程技术版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邢金峰;张倩;苟晓蓉
  • 通讯作者：
    苟晓蓉

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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