通過對納米材料的理性設計和合成，將目前臨床上診斷和治療兩個分離的過程/功能集成于一個納米載體，即構成了診療一體化納米平臺（theranostic nanoplatforms)。它能夠實時、精確診斷病情并同步進行治療，而且在治療過程中能夠監(jiān)控療效并隨時調整給藥方案，有利于達到最佳治療效果。因此發(fā)展安全有效并且滿足特定需求的診療一體化納米平臺有望成為個性化醫(yī)療/精準醫(yī)療的一種新策略。近年來，在國家自然科學基金、科技部和中科院等經(jīng)費支持下，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張智軍課題組在腫瘤診療一體化研究方面取得系列進展。
氧化鐵磁性納米粒子具有良好的生物相容性，被廣泛用于磁共振成像造影劑、藥物遞送載體以及腫瘤的熱療等，是構建診療一體化納米平臺的理想材料，而VP4是一種輪狀病毒外殼結構蛋白，能增加腸道細胞膜的通透性，提高細胞對物質的攝取�；诖丝紤]，該課題組首先在Fe3O4納米粒子表面修飾一層VP4蛋白，然后化學偶聯(lián)抗癌藥物阿霉素，制備了集磁共振成像/熒光成像和腫瘤藥物遞送為一體的納米診療平臺（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，與牛血清蛋白和葡聚糖包覆的Fe3O4納米粒子相比，VP4修飾的Fe3O4納米粒子的細胞攝取量顯著提高，從而表現(xiàn)出更好的T2加權磁共振成像效果以及抗癌作用 (Biomaterials, 2012, 33, 7895-7902)。在此基礎上，研究人員制備出小粒徑的錳摻雜氧化鐵（MnIO）納米粒子，并在其表面修飾上化學變性的牛血清白蛋白(dBSA）。研究表明，通過錳摻雜及控制粒徑策略所獲得的MnIO小粒徑納米粒子表現(xiàn)出顯著增強的T1 磁共振成像性能，同時又具有優(yōu)異的光熱轉化性能，可以有效殺傷4T1腫瘤細胞。動物實驗進一步表明，MnIO-dBSA復合物能顯著增強荷瘤小鼠腫瘤部位的T1成像效果，并可通過光熱效應有效消除4T1腫瘤(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 4650-4658)。最近，該課題組與合作者設計、構建了集磁共振/光聲/表面增強拉曼多模態(tài)成像以及治療功能為一體的γFe2O3@Au核殼型納米花，實現(xiàn)了對腫瘤的精準定位以及影像介導的腫瘤切除手術。最后，利用這種納米材料優(yōu)異的光熱效應，對腫瘤進行了有效光熱治療（Adv. Mater., 2015, 27, 5049-5056）。
與上述磁性納米粒子相比，二維納米材料氧化石墨烯（graphene oxide, GO）具有超高載藥率、易于功能化以及良好的藥物控緩釋等特性，在構建診療一體化納米平臺方面具有獨特的優(yōu)勢。該課題組通過在GO上修飾二乙三胺五乙酸并絡合釓離子，利用GO超高比表面積特性來負載抗癌藥物阿霉素（圖2），構建了具有T1磁共振成像和藥物治療功能的診療一體化納米平臺。實驗發(fā)現(xiàn)，在11.7 T磁場中，該材料r1弛豫率與商品化造影劑馬根維顯相比提高了2.4倍，并且能有效用于細胞成像。同時，負載阿霉素后能有效殺傷肝癌細胞 HepG2(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 13325-13332)。有機染料Cypate具有良好的近紅外成像及光熱特性，但其光穩(wěn)定性差，嚴重限制了其在生物成像和光熱療等領域的廣泛應用。針對這一問題，該課題組與合作者通過共價交聯(lián)的方式制備了GO-Cypate復合材料。實驗表明，Cypate與GO復合后可以顯著改善Cypate的水溶解性、光穩(wěn)定性以及細胞內吞效率，實現(xiàn)了對荷瘤小鼠腫瘤部位的長時間穩(wěn)定近紅外熒光成像和顯著增強的光熱治療。相關成果發(fā)表在Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 59-67，并被選為Frontispiece文章。
該課題組在納米診療一體化方面的上述系列研究工作受到國際同行的關注。最近他們受邀在國際學術期刊Small上在線發(fā)表腫瘤診療學研究綜述（Small, 2016, DOI: 10.1002/smll.201600635），并在Nanomaterials for tumor targeting theranostics 一書中撰寫腫瘤靶向納米材料的章節(jié)（World Scientific Publishing, Singapore, 2016, ISBN: 978-9814635417）。
圖1 基于VP4蛋白包覆的Fe3O4 磁性納米粒子診療一體化平臺構建示意圖
圖2 基于GO-DTPA-Gd的T1磁共振成像及藥物遞送診療一體化納米平臺
