这篇研究论文由Chongyang Zheng、Zhen Wang、Hongtao Xu等作者团队完成，主要来自上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔颌面-头颈肿瘤科、上海交通大学口腔医学院及国家口腔医学中心。研究发表于《Small Methods》期刊2024年第8卷，文章标题为“Redox-Activatable Magnetic Nanoarchitectonics for Self-Enhanced Tumor Imaging and Synergistic Photothermal-Chemodynamic Therapy”。
学术背景
口腔鳞状细胞癌（OSCC）是头颈部常见的恶性肿瘤，现有诊断和治疗手段存在复发率高、预后差的问题。传统磁共振成像（MRI）对比剂在肿瘤微环境（TME）中缺乏特异性，而化学动力学疗法（CDT）和光热疗法（PTT）的单一治疗效果有限。本研究旨在开发一种基于双价钴氧化物（DV-Co）纳米球的“诊疗一体化”纳米材料，通过响应TME中的还原性物质谷胱甘肽（GSH）和弱酸性条件，实现肿瘤特异性自增强MRI对比及协同光热-化学动力学治疗。
研究流程
材料合成与表征
- 合成方法：通过溶剂热法合成钴-甘油酸前体，经200℃热处理8小时获得DV-Co纳米球，并用聚乙二醇（PEG）修饰表面（DV-Co-PEG）。
- 结构分析：透射电镜（TEM）显示纳米球为空心多孔结构，高分辨TEM确认晶格间距为0.234 nm，X射线衍射（XRD）与Co3O4标准卡片匹配。X射线光电子能谱（XPS）证实Co3+/Co2+双价态共存，紫外-可见-近红外光谱（UV-Vis-NIR）显示548 nm和795 nm特征吸收峰，分别对应CoO和Co2O3。
功能验证
- 光热性能：DV-Co在808 nm近红外激光（1.0 W/cm²）照射下，浓度依赖性升温（100 μg/mL时升温31℃），光热转换效率达24.8%。
- 化学动力学效应：通过芬顿样反应催化H2O2生成羟基自由基（·OH），甲基蓝（MB）降解实验证实其催化活性；GSH消耗实验显示DV-Co可降低细胞内抗氧化水平。
- MRI对比增强：在GSH和弱酸（pH 5.27）条件下，Co3+被还原为Co2+，横向弛豫率（r2）从130.45 mM⁻¹s⁻¹提升至447.82 mM⁻¹s⁻¹，纵向弛豫率（r1）从无响应增至66.02 mM⁻¹s⁻¹，实现T1/T2双模态自增强对比。
体外抗肿瘤实验
- 细胞毒性：CCK-8实验显示DV-Co对正常细胞（HUVECs）毒性低，但对OSCC细胞（CAL-27、HN-6）具有选择性杀伤（100 μg/mL时存活率≈75%）。
- 氧化应激诱导：DCFH-DA荧光探针检测到DV-Co显著提升肿瘤细胞内活性氧（ROS）水平，同时耗竭GSH。
- 协同治疗：近红外激光联合DV-Co处理使细胞凋亡率升至80%（流式细胞术），Western blot显示Bax上调、Bcl-2下调，激活caspase-3/9凋亡通路。
体内实验
- MRI成像：在皮下和原位OSCC小鼠模型中，DV-Co注射后3小时肿瘤区T2信号增强65%，T1信号增强10%，6小时后信号恢复，证实TME响应性。
- 治疗效果：原位模型显示DV-Co联合激光照射组肿瘤体积减少3倍，生存期显著延长（3周内无死亡），组织学分析显示Ki-67表达下降、TUNEL阳性细胞增加。
- 生物相容性：血生化及器官切片未发现明显毒性，血清IL-6水平轻微波动，证实材料安全性。
主要结果与逻辑关联
- 材料特性：DV-Co的双价态转换和GSH响应性降解是其MRI对比增强及治疗功能的核心。
- 体外到体内验证：体外实验证实ROS生成与GSH消耗的协同效应，体内实验进一步验证肿瘤选择性蓄积和治疗效果。
- 多模态协同：MRI引导的光热-化学动力学联合治疗通过局部热疗与氧化应激放大抗肿瘤效应。
结论与价值
本研究开发的DV-Co纳米球首次将钴基材料的双价态转换特性应用于OSCC诊疗，其创新点包括：
1. 诊疗一体化设计：通过TME触发自增强MRI对比和协同治疗，克服传统对比剂“始终开启”的局限性。
2. 高效协同治疗：光热效应（54℃）与化学动力学（·OH生成）结合，显著提升肿瘤杀伤效率。
3. 临床转化潜力：材料生物相容性良好，为OSCC的精准诊断和非侵入治疗提供新策略。
研究亮点
- 方法新颖性：首次利用Co3+/Co2+价态变化实现T1/T2双模态MRI自增强。
- 技术突破：通过空心多孔结构优化材料负载和降解动力学，提升TME响应效率。
- 模型优势：采用原位OSCC模型，更贴近临床病理特征。
其他价值
研究团队提出未来可通过靶向修饰（如抗体偶联）进一步优化肿瘤特异性，并探索与其他疗法（如免疫治疗）的联合应用。