金屬-有機(jī)骨架(MOFs)材料作為周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶體材料,具有表面積大,微介孔結(jié)構(gòu)、組成及孔徑可調(diào)等優(yōu)點(diǎn),不僅在非線性光學(xué)、氣體吸附、催化等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,而且在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛能也逐漸引起了人們的關(guān)注,成為近年來最引人注目的前沿材料之一。到目前為止,盡管文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道了一些卟啉有機(jī)配體的MOFs材料,然而對(duì)其生成機(jī)制、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面都還需要進(jìn)一步深入研究。
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所裴仁軍研究團(tuán)隊(duì)對(duì)卟啉基MOFs的設(shè)計(jì)合成、生成機(jī)制以及應(yīng)用于腫瘤的光動(dòng)力治療方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)中-四(4-羧基苯基)卟吩(TCPP)內(nèi)環(huán)的中心金屬配位在MOFs的設(shè)計(jì)合成過程中扮演著不可忽視的作用,這種卟啉內(nèi)環(huán)的中心金屬配位會(huì)極大影響MOFs材料的形貌和化學(xué)性質(zhì)。研究人員構(gòu)建了未發(fā)生中心金屬配位的卟啉基Gd-TCPP MOFs納米片(圖1a),并證實(shí)了其高的單線態(tài)氧產(chǎn)率(Chem. Mater. 2018, 30, 7511)。然而卟啉內(nèi)環(huán)中心配位之后,即使是氫質(zhì)子,也會(huì)明顯改變MOFs的形貌和紫外-可見吸收(圖1b和1c),基于這一結(jié)果,初步提出了卟啉中心金屬配位的效果(Nanoscale 2019, 11, 12250)。

在此基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊(duì)在苯甲酸的輔助下設(shè)計(jì)合成了中心銅金屬配位的卟啉基Cu-TCPP(BA) MOFs微米薄片(圖2),證實(shí)了這種中心金屬配位的卟啉能夠降低層層之間的H堆積和J聚集,并引起MOFs的各向異性生長。該研究揭示了其生長機(jī)理,詳細(xì)闡述了卟啉中心金屬配位的作用,為合成超薄的具有微米尺寸的MOF材料提供了可行策略(J. Am.?Chem. Soc. 2020, 142, 10331)。

研究團(tuán)隊(duì)方向之一是建立和優(yōu)化核酸適配體的篩選平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白、細(xì)胞、小分子等靶標(biāo)的高親和力和高特異性適配體的篩選和驗(yàn)證。核酸適配體是指通過指數(shù)富集的配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)(SELEX)篩選得到的單鏈DNA或者RNA分子,具有分子量小、穩(wěn)定性好、易修飾、易合成、免疫原性低等優(yōu)勢(shì),因此在生化分析、疾病診斷和治療等方面展示出廣闊的應(yīng)用前景。

最近,團(tuán)隊(duì)利用兩相界面的方法,避開了卟啉的中心金屬配位,獲得了FeTCPP/Fe2O3?MOFs納米材料。該粒子可以催化分解腫瘤細(xì)胞中存在的H2O2來產(chǎn)生羥基自由基,同時(shí)克服乏氧環(huán)境,促進(jìn)1O2的形成,提高PDT作用。利用RBCs膜對(duì)MOFs進(jìn)行偽裝,提高血液循環(huán)和體內(nèi)組織駐留時(shí)間,以AS1411適配體進(jìn)行修飾,實(shí)現(xiàn)MOFs在腫瘤區(qū)域的高富集(圖3)。RBCs膜的包封以及AS1411適配體的靶向作用增強(qiáng)了MOFs納米粒的在腫瘤部位的富集能力,提高了PDT效果,降低了副作用。該研究為促進(jìn)MOFs納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 23697)。

上述工作揭示了卟啉內(nèi)環(huán)的中心金屬配位對(duì)MOFs結(jié)構(gòu)的部分影響,進(jìn)一步闡述了MOFs材料的生成機(jī)制,提供了設(shè)計(jì)合成MOFs材料一些方法,并對(duì)其提高腫瘤的光動(dòng)治療效果提出了新的策略。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)青年基金和中國博士后科學(xué)基金的支持。

蘇州納米所: 在卟啉基金屬-有機(jī)骨架的設(shè)計(jì)合成與腫瘤治療方面取得進(jìn)展-肽度TIMEDOO

圖1.(a)Gd-TCPP和(b)Gd-(H2TCPP)2+的SEM圖,(c)紫外-可見吸收。

蘇州納米所: 在卟啉基金屬-有機(jī)骨架的設(shè)計(jì)合成與腫瘤治療方面取得進(jìn)展-肽度TIMEDOO

圖2.?Cu-TCPP(BA)的(a)紫外-可見吸收,(b)TEM,(c)元素映射和(d)AFM圖。

蘇州納米所: 在卟啉基金屬-有機(jī)骨架的設(shè)計(jì)合成與腫瘤治療方面取得進(jìn)展-肽度TIMEDOO

圖3.?FeTCPP/Fe2O3?MOFs的RBCs膜包封及AS1411適配體的修飾

來源:蘇州納米所