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中科院上海硅酸鹽所:多功能介孔納米生物材料研究取得系列進展

納米生物醫藥的研究有望在未來人類重大疾病診斷和治療中發揮重要作用,是當前國際研究的熱點和前沿領域。其中,介孔納米生物材料由于具有可調的納米尺度孔徑、高比表面積和孔容、豐富的化學官能團,以及良好的生物相容性和可降解性,是目前國際納米生物醫藥領域研究的重點。
   
中科院上海硅酸鹽研究所施劍林研究員帶領的介孔與低維納米材料課題組是國際上最早開展相關研究的課題組之一。最近,該課題組在多功能介孔納米生物材料的設計、制備與應用中取得一系列重要的研究進展。
   
首先,針對如何提高介孔納米生物材料的藥物包覆能力,提出了一種新型的基于結構差異的選擇性刻蝕法,制備了高度分散的單尺寸介孔氧化硅空心納米粒子(ACS Nano, 2010, 4, 529);進一步通過調控刻蝕的時間,可以有效地調節壁上介孔孔徑的大小,使得包覆和傳輸生物大分子和納米粒子成為可能(Small, 2011, 7, 2935);為了在提高藥物包覆能力的基礎上,賦予載體多功能的特性,將功能性納米粒子引入到介孔氧化硅納米粒子的空腔中,賦予其臨床分子影像的功能(ACS Nano, 2010, 4, 6001);通過采用一種新型的層層自組裝方法,得到了集熒光/磁共振雙模式成像和藥物傳輸功能為一體的多功能納米藥物載體(Adv. Funct. Mater., 2011, 21, 270);通過采用一種原位分解和還原的方法,成功制備出具有中空磁性內核和介孔雙層壁的多功能納米藥物輸送體系(Adv. Funct. Mater., 2011, 21, 1850);進一步將金納米棒組裝到多功能載體上,得到了具有熱和化療協同治療能力的多功能介孔納米藥物載體(Biomaterials, 2012, 33, 989);通過利用介孔孔道分散錳的順磁中心,得到一種新型無毒、高性能的錳基MRI成像造影劑(Biomaterials, 2012, 33, 2388)。
   
在藥物協同治療方面,課題組采用原位表面活性劑與化療藥物的聯合組裝,得到了具有藥物協同治療的介孔納米藥物載體,該藥物輸運系統不僅具有近乎理想的pH響應的藥物釋放特性,同時可以有效地抑制了耐藥細胞的多藥耐藥性(Biomaterials, 2011, 32, 7711J. Mater. Chem., 2011, 21, 15190)。通過將親/疏水抗癌藥物同時包覆到介孔納米載體中來抑制耐藥細胞的多藥耐藥性,提出了新型基于介孔空心納米材料的無機微乳液和無機脂質體的概念(Adv. Funct. Mater., 2012, DOI: 10.1002/adfm.201102052);此外,課題組還在基于介孔納米生物材料的熒光成像領域取得研究進展,成功制備出骨架具有熒光的介孔氧化硅納米粒子(Chemical Communications, 2011, 47, 7947)。
   
最近,該課題組與重慶醫科大學、重慶醫科大學附屬二院、重慶市海扶公司等單位進行緊密合作,在將介孔納米生物材料應用于無創手術治療領域取得重要進展。高強度聚焦超聲治療(High Intensity Focused UltrasoundHIFU)作為一種高效、經濟、非侵入式的無創治療模式,在臨床上已經得到了廣泛的使用。但是如何有效地引導聚焦超聲在體內靶向病變組織的能量沉積,并有效地提高HIFU治療的效果,是一個亟待解決的技術難題。除了依靠代價昂貴的設備升級,簡便易行的納米生物技術為解決這一難題提供了新的途徑。該課題組將具有巨大空腔結構的介孔氧化硅空心納米粒子包覆和傳輸溫敏型氟碳化合物,用于HIFU的增效治療(Adv. Mater., 2012, 24,785);進一步地,通過設計和制備一種具有MRI導航功能的介孔空心納米粒子,并通過巨大的空腔結構包覆和傳輸溫敏型氟碳分子,達到具有MRI成像和MRI精確導航定位功能并高效增強的HIFU治療效果的雙重功能。
   
相關研究結果近日發表在國際著名學術期刊《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 12505-12509)
  
上述研究成果得到了國家科技部973計劃、863計劃、國家自然科學基金、上海市啟明星跟蹤計劃、上海市納米專項和中科院上海硅酸鹽研究所研究生創新培育計劃的基金支持。

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