癌癥是威脅人類健康的重大疾病之一，有效的腫瘤治療是降低死亡率的關鍵。在眾多腫瘤治療新方法中，光動力療法 (photodynamic therapy，PDT) 是一種潛力的治療惡性腫瘤的新技術。其原理是用特定波長的光激發聚集在腫瘤部位的光敏劑產生活性氧，殺傷腫瘤細胞。與傳統的手術切除、化療、放療等腫瘤治療方法相比，光動力治療具有非侵入性、副作用小等優點，在腫瘤科、眼科和皮膚科等領域得到了廣泛應用。

　　光的穿透深度和光敏劑的亞細胞定位是決定光動力治療效果的兩個重要因素。幾乎所有光敏劑的吸收波長都位于可見光波段，而可見光在生物組織中的穿透深度非常有限，因此光動力療法在臨床中主要用于淺表疾病的治療;但是，深層腫瘤組織的光動力治療仍是基礎研究和臨床應用需要攻克的技術難題。多光子激發是解決這一難題的重要手段，用于多光子激發的近紅外光具有更大的穿透深度，可以有效提高治療深度。

　　此外，由于活性氧的平均壽命和作用距離都非常短，因此光敏劑在細胞中的分布決定了原發損傷位點，并進而啟動各種細胞信號通路，產生多種細胞應激反應。大部分細胞器靶向的PDT研究已經非常充分且深入，然而核仁如同一個研究“黑箱"，等待著更進一步的探索。課題組前期的研究表明核仁是一個十分理想的腫瘤治療靶點，具有更低的副作用和更好的療效等優勢，但核仁靶向雙光子PDT目前幾乎處于未知的狀態。

　　核仁靶向療法，具有優異的治療效果

　　為了解決以上兩點問題，上海交通大學顧波波副教授課題組對基于核仁靶向碳點的雙光子光動力療法進行了研究。首先以檸檬酸和乙二胺為原材料，通過簡單的微波加熱法合成了一種兼具核仁靶向能力和活性氧產生能力的碳點作為光敏劑。然后基于奧林巴斯顯微系統(OLYMPUS FLUOVIEW FVMPE-RS)和飛秒激光器(Coherent Ultra II)，搭建了用于雙光子光動力治療及療效評估的光學系統，并用人源宮頸癌細胞HeLa細胞研究了腫瘤細胞雙光子光動力治療的療效，證明了核仁靶向的雙光子光動力療法具有優異的治療效果。

　　為了研究碳點的細胞內定位，選用一種商用的核仁成像探針SYTO RNASelect和碳點共同標記HeLa細胞，結果如圖1所示。碳點的熒光信號與SYTO RNASelect的熒光信號重疊，這表明本文中合成的碳點可以有效靶向到核仁。與其他核仁靶向光敏劑相比，該碳點的優勢在于無需使用核仁靶向納米顆粒載體或者在表面修飾核定位信號分子，具有合成簡易、結構簡單、性能穩定等優勢。

　　圖1 碳點與RNAselect共染Hela細胞的熒光圖像、疊加圖像及明場圖像。碳點通道(Ex: 552 nm, Em: 560-590 nm)，RNASelect通道(Ex: 488 nm, Em: 510-540 nm)，[RNASelect] = 10 μm, [C-dots] = 500 μg/mL

　　隨后在不同光照條件下對HeLa細胞進行雙光子光動力治療，并使用熒光成像方法進行療效評估。將HeLa細胞與碳點(500 μg/mL)共孵育3小時，再用飛秒激光(740 nm，28 mW)對碳點標記的HeLa細胞進行光照。在不同時間的光照后，選用Calcein-AM和PI對治療后的HeLa細胞染色，并通過熒光成像方法評估治療效果。如圖2所示，在飛秒激光掃描的區域，隨著掃描時間的增加，更多的細胞呈PI陽性，即壞死。

　　當掃描時間增加到45 s時，幾乎所有的細胞都壞死。根據實驗結果可見核仁靶向PDT通過原位產生的ROS破壞癌細胞核仁中的RNA，從而達到優異的抗腫瘤效果。而飛秒激光掃描區域外都顯示Calcein綠色熒光，也證明碳點良好的生物相容性。同時，僅用飛秒激光掃描的HeLa細胞(740 nm，28 mW，3 min)也顯示Calcein綠色熒光，從而排除飛秒激光掃描對治療效果可能產生的影響。

　　圖2 核仁靶向雙光子光動力療法引起細胞壞死。HeLa細胞與碳點孵育后/HeLa細胞經過不同時間的雙光子掃描。Calcein 通道(Ex: 488 nm; Em: 505-525 nm)，propidium iodide (PI)通道(Ex: 532 nm; Em: 605-625 nm)

　　本研究設計并合成了兼具核仁靶向能力和ROS產生能力的新型碳點，具有良好的生物相容性和快速代謝等優勢，可以在癌細胞核仁處產生ROS，從而在低劑量光照和光敏劑的條件下，實現有效的腫瘤細胞光動力治療。同時該碳點具有雙光子吸收能力，可以通過非線性過程被雙光子激發從而獲得更大的穿透深度，有利于深層腫瘤的治療。因此，基于碳點的核仁靶向雙光子光動力療法在未來的轉化醫學研究中具有巨大潛力。

　　參考文獻： 中國光學期刊網

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