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(guān)鍵。在眾多腫瘤治療新方法中，光動(dòng)力療法 (photodynamic therapy，PDT) 是一種潛力的治療惡性腫瘤的新技術(shù)。其原理是用特定波長(zhǎng)的光激發(fā)聚集在腫瘤部位的光敏劑產(chǎn)生活性氧，殺傷腫瘤細(xì)胞。與傳統(tǒng)的手術(shù)切除、化療、放療等腫瘤治療方法相比，光動(dòng)力治療具有非侵入性、副作用小等優(yōu)點(diǎn)，在腫瘤科、眼科和皮膚科等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

　　光的穿透深度和光敏劑的亞細(xì)胞定位是決定光動(dòng)力治療效果的兩個(gè)重要因素。幾乎所有光敏劑的吸收波長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)力治療仍是基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用需要攻克的技術(shù)難題。多光子激發(fā)是解決這一難題的重要手段，用于多光子激發(fā)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(xì)胞中的分布決定了原發(fā)損傷位點(diǎn)，并進(jìn)而啟動(dòng)各種細(xì)胞信號(hào)通路，產(chǎn)生多種細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)。大部分細(xì)胞器靶向的PDT研究已經(jīng)非常充分且深入，然而核仁如同一個(gè)研究“黑箱"，等待著更進(jìn)一步的探索。課題組前期的研究表明核仁是一個(gè)十分理想的腫瘤治療靶點(diǎn)，具有更低的副作用和更好的療效等優(yōu)勢(shì)，但核仁靶向雙光子PDT目前幾乎處于未知的狀態(tài)。

　　核仁靶向療法，具有優(yōu)異的治療效果

　　為了解決以上兩點(diǎn)問題，上海交通大學(xué)顧波波副教授課題組對(duì)基于核仁靶向碳點(diǎn)的雙光子光動(dòng)力療法進(jìn)行了研究。首先以檸檬酸和乙二胺為原材料，通過簡(jiǎn)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(chǎn)生能力的碳點(diǎn)作為光敏劑。然后基于奧林巴斯顯微系統(tǒng)(OLYMPUS FLUOVIEW FVMPE-RS)和飛秒激光器(Coherent Ultra II)，搭建了用于雙光子光動(dòng)力治療及療效評(píng)估的光學(xué)系統(tǒng)，并用人源宮頸癌細(xì)胞HeLa細(xì)胞研究了腫瘤細(xì)胞雙光子光動(dòng)力治療的療效，證明了核仁靶向的雙光子光動(dòng)力療法具有優(yōu)異的治療效果。

　　為了研究碳點(diǎn)的細(xì)胞內(nèi)定位，選用一種商用的核仁成像探針SYTO RNASelect和碳點(diǎn)共同標(biāo)記HeLa細(xì)胞，結(jié)果如圖1所示。碳點(diǎn)的熒光信號(hào)與SYTO RNASelect的熒光信號(hào)重疊，這表明本文中合成的碳點(diǎn)可以有效靶向到核仁。與其他核仁靶向光敏劑相比，該碳點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)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(hào)分子，具有合成簡(jiǎn)易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

　　圖1 碳點(diǎn)與RNAselect共染Hela細(xì)胞的熒光圖像、疊加圖像及明場(chǎng)圖像。碳點(diǎn)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(duì)HeLa細(xì)胞進(jìn)行雙光子光動(dòng)力治療，并使用熒光成像方法進(jìn)行療效評(píng)估。將HeLa細(xì)胞與碳點(diǎn)(500 μg/mL)共孵育3小時(shí)，再用飛秒激光(740 nm，28 mW)對(duì)碳點(diǎn)標(biāo)記的HeLa細(xì)胞進(jìn)行光照。在不同時(shí)間的光照后，選用Calcein-AM和PI對(duì)治療后的HeLa細(xì)胞染色，并通過熒光成像方法評(píng)估治療效果。如圖2所示，在飛秒激光掃描的區(qū)域，隨著掃描時(shí)間的增加，更多的細(xì)胞呈PI陽(yáng)性，即壞死。

　　當(dāng)掃描時(shí)間增加到45 s時(shí)，幾乎所有的細(xì)胞都?jí)乃馈８鶕?jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見核仁靶向PDT通過原位產(chǎn)生的ROS破壞癌細(xì)胞核仁中的RNA，從而達(dá)到優(yōu)異的抗腫瘤效果。而飛秒激光掃描區(qū)域外都顯示Calcein綠色熒光，也證明碳點(diǎn)良好的生物相容性。同時(shí)，僅用飛秒激光掃描的HeLa細(xì)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(duì)治療效果可能產(chǎn)生的影響。

　　圖2 核仁靶向雙光子光動(dòng)力療法引起細(xì)胞壞死。HeLa細(xì)胞與碳點(diǎn)孵育后/HeLa細(xì)胞經(jīng)過不同時(shí)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(shè)計(jì)并合成了兼具核仁靶向能力和ROS產(chǎn)生能力的新型碳點(diǎn)，具有良好的生物相容性和快速代謝等優(yōu)勢(shì)，可以在癌細(xì)胞核仁處產(chǎn)生ROS，從而在低劑量光照和光敏劑的條件下，實(shí)現(xiàn)有效的腫瘤細(xì)胞光動(dòng)力治療。同時(shí)該碳點(diǎn)具有雙光子吸收能力，可以通過非線性過程被雙光子激發(fā)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(diǎn)的核仁靶向雙光子光動(dòng)力療法在未來(lái)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中具有巨大潛力。

　　參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)

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