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            上海交大劉盡堯團隊 ACS Nano:三重光聲/光熱細菌的構建與應用
            2023-03-03  來源:高分子科技
              微生物已成為極具潛力的治療藥物或藥物傳遞載體。細菌作為光敏劑可以治療不同類型的實體腫瘤,因為它們能夠通過乏氧傾向靶向和定植腫瘤組織。例如,在激光照射下,定植于瘤內的鼠傷寒沙門氏菌或光合細菌可引發光熱效應。此外,聚多巴胺沉積的減毒沙門氏菌以及細菌表面光敏劑納米顆粒修飾的兼性厭氧細菌已廣泛用于光敏劑的體內遞送。毫無疑問,這些工作推動了可用于增強腫瘤成像和治療效果的光敏劑的快速發展。盡管在該領域取得了令人興奮的進展,但光敏細菌仍面臨一些挑戰,包括單一和容易衰減的光熱效應,較低光敏劑負荷導致的高細菌劑量或輻射強度,以及需要多次照射以實現成像引導或聯合治療。同時,有關細菌介導光敏劑瘤內分布的研究也鮮有報道。針對上述問題,上海交通大學分子醫學研究院劉盡堯團隊報道了一種利用基因表達和表面修飾,將單色輻射介導的三元光聲和光熱系統整合到大腸桿菌BL21中,并探討了其在光聲成像引導下的腫瘤協同光熱治療方面的應用潛力。首先通過基因工程使BL21細菌表達黑色素,然后通過原位聚合在其表面形成吲哚菁綠和聚多巴胺的共沉積納米顆粒。由于黑色素、吲哚菁綠和聚多巴胺在808 nm處均具有足夠的吸收能力,集成的BL21細菌在單色照射后能產生穩定的三重光聲和光熱效應,為新型光敏劑的設計和制備提供新思路。 



              該研究結果表明:酪氨酸酶編碼的質粒DNA轉入大腸桿菌BL21后,能產生胞內黑色素,再將工程菌與多巴胺及吲哚菁綠簡單混合后即可在不影響細菌活性的條件下得到無輔料的光敏劑涂層。為了實現多重光聲和光熱效應,集成的一個關鍵步驟是黑色素與吲哚菁綠及聚多巴胺在808 nm處菌表現出足夠的近紅外吸收能力。在激光照射下,集成三元光敏劑的細菌具有強有力的光熱效應。由于表達黑色素細菌的光聲光譜與聚多巴胺相似,并且疊加了吲哚菁綠的吸收峰,因此三元光敏細菌實現了光敏劑的成功組合并產生三重光聲光熱效應。借助三元組合的協同效應與聚多巴胺的抗氧化能力,三元光敏細菌表現出優越的光穩定性。此外,由于BL21細菌的乏氧靶向特性,三重光敏細菌在腫瘤部位表現出良好的滲透和定植,可在瘤內均勻分布,且滯留時間長。注射安全劑量后,可產生均勻的成像信號,并在激光照射下充分加熱腫瘤。在結腸癌和乳腺癌荷瘤小鼠中,三元光敏劑組合BL21細菌在腫瘤消退和延長生存期方面均有顯著改善。本項工作提出了開發基于細菌的可用于成像引導治療的新型光敏劑,并突出了三元光聲/光熱細菌在成像引導腫瘤治療中的應用前景。


              該研究工作以“Integrating Bacteria with a Ternary Combination of Photosensitizers for Monochromatic Irradiation-Mediated Photoacoustic Imaging-Guided Synergistic Photothermal Therapy”為題發表于ACS Nano。課題組郭海燕博士后和副研究員曹湞萍為該論文第一作者,劉盡堯研究員、王露林思思助理研究員為該論文共同通訊作者。該工作得到科技部重點研發計劃課題、國家自然科學基金委面上和青年項目、上海市探索者計劃等支持。


              論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00032

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            (責任編輯:xu)
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