近红外光激发的上转换核壳微米棒的组织穿透能力

近红外光激发的上转换核壳微米棒的组织穿透能力

In vivo covalent cross-linking of photon-converted rare-earth nanostructures for tumour localization and theranostics  （Nature communication  2015）

 新加坡南洋理工大学邢本刚教授、新加坡科技研究局Malini Olivo教授以及厦门大学刘刚教授合作做的一篇。

在肿瘤细胞的早期诊断中，靶向选择性是一个巨大的挑战。一种常用的策略是使用能与细胞受体特异性结合的有机小分子或生物分子，但这可能受到细胞受体的不同表达程度、结合反应的复杂性和细胞微环境的影响，致使产生非特异性的结合，因此发展一些不仅仅依靠细胞受体识别的方法是很重要的。可以考虑一些与活体生物分子通过静电引力或共价作用结合的生物正交反应。

本文还用到的一个材料就是上转换纳米材料（UCNPs），UCNPs好处多多啊，但常用的激发波长是在980 nm，这个波长不可避免的会引起水对该波长的吸收，从而导致过热效应（。。。这小毛病挑的）。所以本文就用了808 nm激发。

好了，简短的设计机理如下：首先合成掺杂Nd3+的UCNPs，激发波长在808 nm处，消除了这个980 nm的过热效应。然后在纳米粒子外包覆聚丙烯酸(PAA)和亚胺（PEI）用来增加生物兼容性和促进随后的表面修饰（PEI/PAA@UCNPs）。TEM显示粒径为40±2 nm，光谱数据显示聚合物包覆前后，纳米粒子表现出相似的光谱学性质（激发808 nm，发射545和655 nm）。为了增加诊断效率，加入了光敏剂chlorin-e6 (Ce6)，可以产生活性氧，通过光热作用杀死肿瘤；半胱氨酸和2-cyanobenzothiazole (CBT)修饰的缩氨酸Ac-FKC(StBu)AC(SH)-CBT 通过半胱氨酸末端的自由巯基和纳米粒子表面的短的马来酰亚胺基团反应，使之连接到Ce6-PEI/PAA@UCNPs表面，通过光谱学数据来表征连接的物质的含量。

在恶性肿瘤细胞中，溶酶体半胱氨酸蛋白酶通常是过量表达的。当细胞摄入纳米粒子后，由于还原性的细胞环境，首先会还原纳米粒子表面的受侧链保护的半胱氨酸的二硫键，然后溶酶体半胱氨酸蛋白酶切断缩氨酸，暴露出半胱氨酸的1,2-氨基硫醇基团，暴露出的1,2-氨基硫醇基团很容易与CBT的-CN反应，从而这个纳米粒子的1,2-氨基硫醇基团与另一个纳米粒子的CBT上的-CN发生交联反应，使上转换纳米粒子在肿瘤细胞内发生聚集。聚集导致了上转换发光总体的增强，从而诊断肿瘤。（特别需要注意的是，为了防止非特异性的交联反应，合成时必须合理控制缩氨酸和纳米粒子表面的距离）

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