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上轉(zhuǎn)換納米材料（UCNPs）對腫瘤細(xì)胞微環(huán)境較敏感的腫瘤診斷策略

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

 新加坡南洋理工大學(xué)邢本剛教授、新加坡科技研究局Malini Olivo教授以及廈門大學(xué)劉剛教授合作做的一篇。

在腫瘤細(xì)胞的早期診斷中，靶向選擇性是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。一種常用的策略是使用能與細(xì)胞受體特異性結(jié)合的有機(jī)小分子或生物分子，但這可能受到細(xì)胞受體的不同表達(dá)程度、結(jié)合反應(yīng)的復(fù)雜性和細(xì)胞微環(huán)境的影響，致使產(chǎn)生非特異性的結(jié)合，因此發(fā)展一些不僅僅依靠細(xì)胞受體識別的方法是很重要的。可以考慮一些與活體生物分子通過靜電引力或共價(jià)作用結(jié)合的生物正交反應(yīng)。

本文還用到的一個(gè)材料就是上轉(zhuǎn)換納米材料（UCNPs），UCNPs好處多多啊，但常用的激發(fā)波長是在980 nm，這個(gè)波長不可避免的會引起水對該波長的吸收，從而導(dǎo)致過熱效應(yīng)（。。。這小毛病挑的）。所以本文就用了808 nm激發(fā)。

好了，簡短的設(shè)計(jì)機(jī)理如下：首先合成摻雜Nd3+的UCNPs，激發(fā)波長在808 nm處，消除了這個(gè)980 nm的過熱效應(yīng)。然后在納米粒子外包覆聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯亞胺（PEI）用來增加生物兼容性和促進(jìn)隨后的表面修飾（PEI/PAA@UCNPs）。TEM顯示粒徑為40±2 nm，光譜數(shù)據(jù)顯示聚合物包覆前后，納米粒子表現(xiàn)出相似的光譜學(xué)性質(zhì)（激發(fā)808 nm，發(fā)射545和655 nm）。為了增加診斷效率，加入了光敏劑chlorin-e6 (Ce6)，可以產(chǎn)生活性氧，通過光熱作用殺死腫瘤；半胱氨酸和2-cyanobenzothiazole (CBT)修飾的縮氨酸Ac-FKC(StBu)AC(SH)-CBT 通過半胱氨酸末端的自由巰基和納米粒子表面的短的馬來酰亞胺基團(tuán)反應(yīng)，使之連接到Ce6-PEI/PAA@UCNPs表面，通過光譜學(xué)數(shù)據(jù)來表征連接的物質(zhì)的含量。

在惡性腫瘤細(xì)胞中，溶酶體半胱氨酸蛋白酶通常是過量表達(dá)的。當(dāng)細(xì)胞攝入納米粒子后，由于還原性的細(xì)胞環(huán)境，首先會還原納米粒子表面的受側(cè)鏈保護(hù)的半胱氨酸的二硫鍵，然后溶酶體半胱氨酸蛋白酶切斷縮氨酸，暴露出半胱氨酸的1,2-氨基硫醇基團(tuán)，暴露出的1,2-氨基硫醇基團(tuán)很容易與CBT的-CN反應(yīng)，從而這個(gè)納米粒子的1,2-氨基硫醇基團(tuán)與另一個(gè)納米粒子的CBT上的-CN發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使上轉(zhuǎn)換納米粒子在腫瘤細(xì)胞內(nèi)發(fā)生聚集。聚集導(dǎo)致了上轉(zhuǎn)換發(fā)光總體的增強(qiáng)，從而診斷腫瘤。（特別需要注意的是，為了防止非特異性的交聯(lián)反應(yīng)，合成時(shí)必須合理控制縮氨酸和納米粒子表面的距離）

HRP-UCNP辣根過氧化氫酶上轉(zhuǎn)換納米粒子

透明質(zhì)酸修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒

海藻酸鈉修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒

脂多糖修飾上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光顆粒

Ficoll聚蔗糖修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒

甘露糖修飾水溶上轉(zhuǎn)換納米顆粒

半乳糖包覆脂溶上轉(zhuǎn)換納米顆粒

Casein酪蛋白修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒

聚組氨酸修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒

活性大分子修飾稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光顆粒

大分子蛋白偶聯(lián)上轉(zhuǎn)換納米顆粒

抗原偶聯(lián)UCNPs上轉(zhuǎn)換納米顆粒

抗體偶聯(lián)UCNPs上轉(zhuǎn)換納米顆粒

活性蛋白/小分子偶聯(lián)上轉(zhuǎn)換納米顆粒

活性生物分子偶聯(lián)上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒

PAMAM修飾水溶性上轉(zhuǎn)換納米顆粒

上轉(zhuǎn)換氟化鑭納米顆粒

官能團(tuán)修飾水溶性上轉(zhuǎn)換納米顆粒

Protein G修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒

生物標(biāo)記/共價(jià)鍵偶聯(lián)上轉(zhuǎn)換納米顆粒

miRNA偶聯(lián)上轉(zhuǎn)換納米顆粒

二氧化錳納米片修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒

Biotin修飾上轉(zhuǎn)換納米粒子

PEI修飾紅色上轉(zhuǎn)換納米顆粒

發(fā)射波長365nm上轉(zhuǎn)換納米顆粒

發(fā)射波長475nm上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光顆粒

發(fā)射峰550nm稀土上轉(zhuǎn)換納米材料

發(fā)射波長660nm稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光粒子

發(fā)射波長804nm稀土上轉(zhuǎn)換UCNPS

粒徑30納米的上轉(zhuǎn)換納米顆粒

粒徑150nm的稀土上轉(zhuǎn)換顆粒

微米級500nm稀土上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光顆粒

水溶性二氧化硅上轉(zhuǎn)換納米顆粒

羧基功能化二氧化硅上轉(zhuǎn)換納米顆粒

氨基功能化水溶性稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光顆粒

聚丙烯酸修飾UCNPS顆粒

PEG修飾的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光顆粒

稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米棒/微米棒（近紅外發(fā)光）

綠色熒光蛋白（GFP）修飾稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒

光敏分子ONA修飾稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒

發(fā)射波長可調(diào)控的稀土上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光材料

納米金棒修飾稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料

金納米棒二聚體修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒

核殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換納米顆粒

NaYF4摻雜上轉(zhuǎn)換納米顆粒

NaErF4核/NaYbF4殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒

近紅外光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換核殼微米棒

TiO2二氧化鈦修飾上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料

UCNPs稀土摻雜上轉(zhuǎn)換熒光探針

稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒表面花菁染料配體