近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院江俊教授课题组与生命科学与医学部王育才教授课题组合作，发现一种具有类金属电子结构的新型材料HMO，可实现对红外光的高效光吸收，能够极大地提升对肿瘤深层组织的光热治疗效果，同时减少副作用。该研究成果以“Hydrogenated Oxide Material for Self-Targeting and Automatic-Degrading Photothermal Tumor Therapy in the NIR-II Bio-Window”为题发表于国际著名学术期刊《Advanced Functional Materials》。
灵感来源——酸碱性差异为智能寻靶提供条件
近红外光热治疗是一种新兴的癌症治疗方法，主要利用高光热转换效率的材料作为媒介，将其注射入生物体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，并在外部近红外光源的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞。
江俊教授课题组基于采用金属-酸联合处理法合成的掺氢材料的固有属性，推测在酸性条件下所制备的掺氢金属氧化物，理应在呈弱酸性（pH 5~6）的肿瘤微环境中稳定存在，而在微碱性（pH 7.2~7.4）的正常生理组织中迅速降解。于是，课题组经过巧妙地设计，通过金属-酸联合处理的方式合成具有类金属电子结构的HMO，从而实现对红外光的高效光吸收。正如所预期的那样，该材料在酸性条件下相对稳定，但在碱性环境中容易受到氢氧根离子的“攻击”而发生降解。这恰好与癌症患者体内病变部位和正常组织微环境之间的酸碱性差异完美契合。因此，HMO可以选择性地在肿瘤细胞中积累，而在正常细胞中逐渐降解，最终成为一种智能的靶向PTA材料。
合作研究——生物体内、体外实验证实治疗效果
通过和王育才教授课题组的合作，该材料在生物体内和体外的实验效果均得到证实：HMO有特异性识别肿瘤细胞的能力，进而通过光热治疗杀死癌细胞，治愈率极高。
值得一提的是，这种氢化策略可以普遍适用于改善无机金属氧化物材料对红外光的光响应，在1064nm激光照射下，该类氢化金属氧化物对红外光生物窗口光热转换的效率最高达60.9%，对小鼠乳腺癌4T1肿瘤抑制率高达98%。并且，在经过16天的光热治疗之后，该材料完全降解，其代谢产物随粪便和尿液排出体外，真正做到无残留、无伤害。
智能材料——集自主寻靶与自动降解为一体
同时，有别于传统的贵金属PTA材料体系，这种新型PTA材料集高效的光热疗效、肿瘤靶向富集、pH响应降解行为以及强效的光声成像等优点于一身，可通过监测光声成像的信号来准确、实时地评估肿瘤病灶处的治疗效果，兼具安全的高生物相容性，可帮助临床医生及时调整治疗方案。
目前，相关技术已申请了7项发明专利。课题组希望搭建“智能材料功能一体化平台”用于临床实体肿瘤的光热治疗及其疗效的实时评估，同时，平台将提供辨别强光声成像的方法，通过智能寻靶和定向清除，指导治疗方案的实施及后续调整，贡献更高的学术和产业化应用价值！
论文的第一作者为中国科学技术大学朱青博士与中国科学技术大学附属第一医院的蒋为博士。中国科学技术大学化学与材料科学学院江俊教授与生命科学与医学部王育才教授为共同通讯作者。该项目研究得到国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划、中国科学院合肥大科学中心协同创新计划，中国科学院青年科学家基础研究项目以及安徽省自然科学基金的资助。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202110881
来源：高分子科学前沿
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