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近年来，近红外光热疗法在肿瘤消融方面展现出巨大潜力，但由于光热转换材料“物质毒性”和非特异性“光毒性”问题，易对正常组织造成不必要的损伤。本工作发展了一种“预编程”的[淀粉-KI-KIO3]复合物（SAFEs），其不仅具有优异的生物相容性，而且仅在酸性肿瘤微环境中触发后才具有光热转换能力。动物实验表明，肿瘤酸性微环境能够成功激活SAFEs光热转换能力，从而实现了对肿瘤组织的选择性消融。这种具有双重安全保障的光热试剂设计策略有望推动光热疗法的临床应用。
中文题目：老树开新花——淀粉-碘复合物助力光热疗法新突破
英文原题：Double safety guarantees: Food-grade photothermal complex with a pH-triggered NIR absorption from zero to one
通讯作者：王亚培，中国人民大学
第一作者：廖鸿广，北海道大学（日本）
关键词：淀粉-碘复合物；生物安全；pH响应；光热疗法；近红外光
背景介绍
近红外光热疗法（NIR-PTT）是一种新兴的肿瘤治疗方法。在近红外光的照射下，光热转换材料可以高效地将光能转换为热能，形成局部高温，有效诱导肿瘤细胞死亡。相比传统疗法如放疗和化疗，光热疗法具有创伤小、精准可控等优点，因而备受关注。然而，许多光热转换材料由于存在长期毒性或在治疗过程中对健康组织造成光损伤，难以广泛应用。因此，开发一种既能有效消融肿瘤又不会造成正常组织损伤的光热转换材料是光热疗法进一步发展的关键。
研究成果
一般认为，肿瘤由于能量代谢失调、血流灌注不足、增殖不可控等原因，其微环境呈弱酸性（pH 6.4-7.0），部分区域酸性甚至可以达到pH 6.0。在这种背景下，受淀粉与碘络合显色的反应启发，本研究利用淀粉-碘复合物制备了一种无毒且具有低pH响应能力的光热材料SAFEs（pH-switched and food-grade ensured PTAs）。如图所示，SAFEs的原料可以从我们的日常食物中提取，如土豆中的淀粉、海藻中的碘化钾（KI）和碘盐中的碘酸钾（KIO3）（图1）。实验结果表明，在其有效治疗浓度下不会对细胞产生伤害，展现出高度的生物相容性。进一步，通过在制备过程中“预编程”，使 SAFEs具有pH响应性：在酸性肿瘤微环境中，KI与KIO3可快速反应生成碘并与淀粉络合，将SAFEs的吸收从“0”(非吸收)转变到“1”(近红外窗口)。因此，在近红外光的辐射下，有且仅有肿瘤组织中的SAFEs会被激活，产生针对肿瘤组织的特异性杀伤；而正常组织中的SAFEs则一直处于“0”的静默状态，从而确保了“光毒性”的彻底消除（图2）。据我们所知，这是pH响应性光热转换材料的概念被提出后，首次实现了光热效应在响应前后“0”到“1”的转变，有望彻底消除对正常组织的光毒性。动物实验中特异性的光热效应和良好的肿瘤消融结果证明了此类SAFEs在临床应用中的巨大潜力（图3）。
图1 SAFEs的设计思路
图2 SAFEs的体内光热测试。(a) 注射生理盐水或SAFEs的肿瘤裸鼠以及(b) 注射SAFEs的非肿瘤裸鼠在NIR光照下的红外热成像图; (c) 上述三组裸鼠的温度变化曲线; (d, f) 注射SAFEs一天后的肿瘤裸鼠照片以及(h) 对应的H&E染色结果; (e, g) 注射SAFEs一天后的非肿瘤裸鼠照片以及(i) 对应的H&E染色结果。
图3 SAFEs光热疗法对肿瘤的消融结果
未来方向
未来，一方面，我们将进一步优化材料的设计，使其具有精准定位于肿瘤组织的靶向能力；另一方面，将基于SFFEs这一光热转换材料开展联合疗法探究。
主要作者简介
王亚培 中国人民大学化学与生命资源学院，教授。主持国家自然科学基金委优秀青年基金项目，并获得国家自然科学基金杰出青年基金项目资助；主要从事复杂乳液、聚合物热材料、智慧农林材料、离子电子器件相关的研究。现任中国人民大学理工建设处处长、化学与生命资源学院院长，Langmuir副主编。
廖鸿广 现为日本北海道大学在读博士生。于2017年和2020年在中国人民大学分别获得学士和硕士学位，师从王亚培教授。
引用本文
Hongguang Liao, Yanji Chu, Shenglong Liao et al., Double safety guarantees: Food-grade photothermal complex with a pH-triggered NIR absorption from zero to one. Fundamental Research, 4(5) (2024) 1157-1166.
原文链接（复制到浏览器中查看）：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325822002709
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