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  腫瘤微環境同時存在血液灌注限制的急性乏氧（perfusion-limited acute hypoxi）和氧氣彌散距離限制的慢性乏氧（diffusion-limited chronic hypoxia）。二者對于光動力學治療（PDT）的效果均具有明顯的抑制作用。研究者們通常應用載氧材料(O2-carrying materials)、光催化產氧材料及微光熱治療單一改善擴散型或者灌注型乏氧，以提高腫瘤治療效果。迄今為止，可以同時改善灌注型乏氧和擴散型乏氧的材料與應用研究尚未被報道。

  最近，來自中國科大生命科學學院的王育才教授以及高分子科學與工程系的徐航勛教授的研究團隊在Nano Letters上報道了一種iRGD肽修飾的紅細胞膜（i-RBM）包被的氧化石墨炔(GDYO)納米片(GDYO@i-RBM)，其能通過在腫瘤組織原位產氧和增強血液灌注同時克服兩種類型的乏氧，從而顯著提高PDT治療的效果（圖1）。

圖1、（a）仿生GDYO納米片的制備過程;（b）光照仿生GDYO納米片的產氧、產1O2及光熱轉化機理圖。（c）仿生GDYO納米片同時緩解擴散型和灌注型乏氧以提高PDT的治療效果示意圖。

  研究者首先通過強酸氧化與液相超聲剝離成功制備尺寸120 ± 15 nm，厚度~1.7 nm的GDYO納米片。研究發現，氧化與剝離成功調控了石墨炔（GDY）的能帶結構，明顯降低的價帶端（VBM）賦予GDYO更高的光氧化熱力學驅動力，結合GDYO強的光吸收能力以及超薄的二維結構，從而表現出超高的光催化活性。在近紅外光照射下，GDYO納米片同時表現出優異的催化水分解產氧、單線態氧以及光熱轉換性能（圖2）。

圖2、（a）GDYO納米片的AFM圖像；（b）GDY與GDYO納米片的能帶結構圖；（c）GDY與GDYO納米片光催化產氧性能；（d）GDYO納米片的光熱轉換性能。

  為了提高GDYO納米片的腫瘤靶向性能力以及生物相容性，該團隊利用iRGD肽修飾的紅細胞膜（i-RBM）包被GDYO納米片，獲得仿生納米片GDYO@i-RBM。腫瘤組織在注射GDYO@i-RBM納米片并經近紅外光照后，腫瘤血管出現明顯的擴張現象，擴張血管周邊的乏氧信號（綠色熒光）也隨之明顯減弱（圖3），這是由于i-RBM包被賦予GDYO納米片良好的腫瘤富集及其優異的光催化產氧緩解了腫瘤擴散型乏氧；與此同時，GDYO的光熱轉化功能，能夠有效擴張腫瘤血管，增強血液灌注，從而有效克服了灌注型的乏氧。因此，本工作以仿生結構的GDYO納米片為平臺，通過同時改善擴散型乏氧與灌注型乏氧，顯著提高腫瘤PDT治療效果。

  該研究以二維共軛微孔聚合物為平臺，通過能帶結構調控、仿生修飾同時提升其光催化水分解產氧活性以及靶向能力，并成功應用于緩解腫瘤乏氧；也為今后設計和合成共軛微孔聚合物納米載體應用于緩解擴散和灌注限制的腫瘤乏氧提供了新的啟發。

圖3、 腫瘤組織在注射仿生GDYO@i-RBM納米片后，光照前后腫瘤乏氧和血管變化情況。

  該工作得到了國家自然科學基金（NOs. 51773191, 51573176, 51633008，21875235），國家重點研發計劃（2017YFA0205600和2017YFA0207301）的資助。

  論文題目為“Tumor Reoxygenation and Blood Perfusion Enhanced Photodynamic Therapy using Ultrathin Graphdiyne Oxide Nanosheets。

  中國科大博士生蔣為、張震與汪沁同學為本論文共同第一作者，徐航勛教授與王育才教授為本文的共同通訊作者。

  論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01458

  王育才教授課題組主頁：http://nanomedicine.ustc.edu.cn/

  徐航勛教授課題組主頁：http://staff.ustc.edu.cn/~hxu/