双模态纳米框架介导光热放疗联合消融肿瘤实验

恶性肿瘤是威胁人类生命健康的重要疾病，对其可视化诊疗是当前医学研究的前沿热点[1]。多模态纳米影像探针的研究为肿瘤精准诊疗提供新策略。研究者利用纳米材料优异的理化性能，使纳米材料在实现影像诊断的同时，具有可设计的个性化肿瘤治疗能力[2]。光热治疗（photothermal therapy，PTT）是目前热门的新型肿瘤手段，利用具有近红外（near-infrared，NIR）光热转换性能的金[3]、石墨烯[4]、普鲁士蓝[5]、聚多巴胺[6]以及黑色素[7]等纳米材料实施光热治疗，可选择性地杀伤肿瘤而不损伤周围正常组织，具有更高的生物相容性和治疗安全性，是一种理想的肿瘤诊疗新手段[8]。本研究制备叶酸修饰的凹八面体 PtCu纳米框架，利用叶酸的靶向作用将材料递送至肿瘤部位，利用PtCu纳米框架可吸收NIR光的性质进行光热转换，同时通过Pt的重原子效应实施增强放疗，在NIR激光和X射线辐照下实现协同消融HeLa肿瘤细胞[9]；继而考察PtCu纳米框架的体内外光声成像/红外热成像双模态成像性能，以实现治疗过程监测的可视化，为后续临床应用提供理论及实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备 乙酰丙酮铂[Pt（acac）2，99%]，乙酰丙酮铜[Cu（acac）2，99%]，油酸（OAM，80%～90%），十六烷基三甲基溴化胺（CTAB，99%）及叶酸（99%）购置于Sigma公司（美国），巯基-聚乙二醇-氨基（SH-PEG-NH2，Mw≈5000）购买于Jenkem公司（美国），其他常用化学试剂购置于阿拉丁公司（中国）；扫描电子显微镜（Nova 400-TEM，飞利浦，荷兰）、球差校正透射电子显微镜（Titan G2 80-200，赛默飞，美国）。

1.2 PtCu纳米框架的制备和表征

1.2.1 PtCu纳米框架制备 利用热溶剂法乳制备PtCu纳米框架。将 36.7 mg Pt（acac）2和 129.4 mg Cu（acac）2共同溶解于20 ml油酸，N2保护下继续加入660 mg CTAB，搅拌至完全溶解，将上述浅黄色溶液加入50 ml聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，于175℃条件下持续反应48 h，待反应结束后冷却至室温，以8000 r/min离心，即得黑色PtCu纳米框架。

1.2.2 PtCu纳米框架接枝聚乙二醇 将 1.0 mmol/L PtCu纳米框架和3.0 mmol/L SH-PEG-NH2共同溶解于50 ml蒸馏水中，超声5 min使颗粒分散，持续机械搅拌12 h。以12 000 r/min离心，用透析膜（10 kD）透析24 h，即得PEG化PtCu纳米框架，记为PtCu-PEG。

1.2.3 叶酸表面修饰 将PtCu-PEG（20.0 ml，0.1 mmol/L）溶解于含0.2 mmol/L叶酸的双蒸水中，加入1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC，50.0 mg）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS，25.0 mg）反应6 h，得叶酸修饰的 PEG化PtCu纳米框架，记为 PtCu-PEGFA。

1.2.4 PtCu纳米框架理化性能检测 通过扫描电子显微镜和投射电子显微镜观察颗粒形貌；使用NanoZS电位分析仪测量所制纳米框架的表面电位情况；X射线光电子能谱（XPS）仪检测元素构成，光声成像仪和NIR热成像仪检测PtCu-PEG-FA的光声成像（PAI）/近红外热成像（ITI）双模态体外成像情况。

1.2.5 NIR 光热性能研究 将 200 μg/ml PtCu-PEGFA纳米框架分别溶解于水（H2O）、磷酸盐缓冲液（PBS）、生理盐水（Saline）、培养基（Culture medium）中，采用808 nm、5 min、2.4 W/cm2参数NIR激光进行照射，记录其在不同溶剂中的产热情况。

1.3 细胞培养 将人子宫颈癌 HeLa细胞用含 10%胎牛血清、100 U/ml青霉素+100 μg/ml链霉素双抗的DMEM培养基进行培养，细胞置于37℃、5% CO2培养箱中培养，隔天换液。

1.4 肿瘤细胞杀伤效力检测 将HeLa细胞分别设定为对照组、PtCu-PEG-FA组、单纯 X射线放疗组、PtCu-PEG-FA+X射线增强放疗组、PtCu-PEGFA+NIR光热治疗组、PtCu-PEG-FA+NIR+X射线联合治疗组。实验中NIR激光参数为808 nm、5 min、2.4 W/cm2；X射线参数为10.0 Gy、10 min。利用流式细胞仪检测细胞凋亡情况。

1.5 体内PAI/ITI成像性能检测 利用光热声成像仪（VecoL，VisualSonics公司，加拿大）记录不同浓度PtCu-PEG-FA纳米框架的PAI信号强度。用NIR光热成像仪（P20，FLIR-Systems公司，美国）检测PtCu-PEG-FA纳米框架ITI信号强度。

1.6 统计学方法 采用 OriginPro（version 8.0）软件进行方差分析和独立样本t检验。对纳米框架的体内外PAI成像效果检测结果进行后续统计学分析，光热治疗协同增强放疗联合治疗组与对照组、单独增强放疗组和单独光热治疗组小鼠实体肿瘤体积组间比较采用独立样本t检验，P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PtCu-PEG-FA理化性能表征 颗粒呈现典型凹八面结构，分散性良好，粒径分布均匀，大小（65.）nm。球差透射电镜元素分布及XPS均证实纳米框架的主要构成元素为Pt和Cu。紫外-可见光光谱结果显示材料在NIR光区有较好的吸光性质，可用作NIR光热材料。PtCu-PEG-FA框架的Zeta电位为（7.）mV，与电负性细胞膜具有较好的亲和性（图1）。

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