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【JACS】上转换纳米颗粒锚定金属-有机框架纳米结构,像控制空调一样控制癌症的治疗 ​

总结 ​

本研究提出了一种创新的远程控制癌症光遗传疗法策略，通过将光遗传学与离子疗法相结合，利用上转换纳米颗粒（UCNP）和金属-有机框架（MOF）纳米结构，实现了对癌细胞活动的精确操控，为癌症治疗提供了新的可能性。

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摘要 ​

本研究介绍了一种新型的远程控制癌症光遗传疗法，该疗法结合了光遗传学技术和离子疗法，通过使用上转换纳米颗粒（UCNP）和金属-有机框架（MOF）纳米结构，实现了对癌细胞的精准控制。UCNP能够将穿透力强的近红外光转换为可见光，激活光敏感的离子通道，而MOF则作为金属离子的储库，在肿瘤的酸性微环境中释放离子。该研究展示了通过简便方法合成的水分散UCNP-MOF纳米复合材料，这些材料能够有效地将质粒DNA传递到癌细胞中，实现光激活阳离子通道的原位表达。研究结果表明，该疗法在多种肿瘤模型中均显示出良好的效果，包括皮下结肠肿瘤、皮下乳腺癌肿瘤和原位乳腺癌肿瘤。这项研究是光遗传学临床应用的重要一步，对推进癌症治疗技术具有重要意义。

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研究结果分类展示 ​

1. 纳米结构的合成与特性 ​

  • 成功合成了水分散的UCNP-MOF纳米复合材料，这些材料继承了UCNP的光上转换能力和MOF的pH响应性。

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  • 通过TEM、SEM、EDS和XRD等技术对纳米结构进行了详细的表征。

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2. 光遗传疗法的体外实验 ​

  • 验证了VChR1质粒在癌细胞中的成功表达和光激活阳离子通道的构建。
  • 展示了980 nm光照下，UCNP-MOF纳米复合材料处理的癌细胞内锌离子水平的显著增加。 image.png

3. 光遗传疗法的体内实验 ​

  • 通过皮下和原位肿瘤模型，证明了UCNP-MOF纳米复合材料在体内的肿瘤抑制效果。 image.png
  • 通过H&E染色等方法，观察到治疗组肿瘤细胞的广泛凋亡或坏死。 image.png

4. 免疫反应激活 ​

  • 研究了UCNP-MOF纳米复合材料激活的免疫反应，包括树突状细胞成熟和T细胞浸润。

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参考文献 ​

Chen, X.; Zhang, X.; Liu, Y.; Chen, Y.; Zhao, Y. Upconversion Nanoparticle-Anchored Metal–Organic Framework Nanostructures for Remote-Controlled Cancer Optogenetic Therapy. J. Am. Chem. Soc. 2024, jacs.4c11196. https://doi.org/10.1021/jacs.4c11196.