近红外响应上转换植入物用于肿瘤无线光动力治疗的创新研究

本综述推荐一种基于上转换纳米颗粒（UCNPs）和玫瑰红（RB）光敏剂的新型可降解骨植入物，通过选择性激光烧结（SLS）技术制备的聚-L-乳酸（PLLA）支架，实现近红外-I（NIR-I）光无线激活深部组织光动力治疗（PDT），有效生成活性氧（ROS）并诱导肿瘤细胞凋亡，为骨肉瘤治疗提供了一种微创且高效的策略。

　　

Section snippets

Chemicals and materials

所有化学品均直接使用且未经纯化。氟化钠（NaF, 99.99%）、五水合硝酸铒（Er(NO₃)₃·5H₂O, 99.9%）、六水合硝酸钇（Y(NO₃)₃·6H₂O, 99.99%）、五水合硝酸镱（YbN₃O₉·5H₂O, 99.99%）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP, K30）和玫瑰红（RB, 95%）由阿拉丁化学有限公司（上海）提供。

Preparation of NaYF₄:Yb,Er upconversion nanoparticles

NaYF₄:Yb,Er纳米颗粒通过一步水热沉淀法合成。具体步骤如下：将672.0 mg NaF、8.9 mg五水合硝酸铒、124.8 mg五水合硝酸镱和456.4 mg六水合硝酸钇溶解于20 mL去离子水中，剧烈搅拌30分钟。随后将混合物转移至50 mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在200°C下反应12小时。冷却至室温后，通过离心收集产物，并用乙醇和去离子水洗涤三次，最终在60°C真空干燥12小时。

Microstructure characterization of NaYF₄:Yb,Er@RB

NaYF₄:Yb,Er@RB的合成过程如图1a所示。简要来说，首先通过水热沉淀法一步合成NaYF₄:Yb,Er纳米颗粒，随后成功构建了核壳结构的NaYF₄:Yb,Er@RB纳米颗粒，其中PVP包覆的NaYF₄:Yb,Er为核心，RB为壳层。透射电子显微镜（TEM）图像显示，NaYF₄:Yb,Er呈六边形形状，平均直径约为200 nm（图1b）。高分辨率TEM观察表明其具有清晰的晶格条纹，晶面间距为0.52 nm，对应于β-NaYF₄的（100）晶面。能量色散X射线光谱（EDS）映射进一步证实了Y、Yb、Er、F元素均匀分布，且RB成功修饰在纳米颗粒表面。

Upconversion properties of NaYF₄:Yb,Er@RB

通过观察等浓度溶液在近红外-I（NIR-I, 980 nm）激光照射下的荧光变化，分析了NaYF₄:Yb,Er@RB的上转换性能。如图3a所示，与空白组相比，含NaYF₄:Yb,Er的溶液发出绿色荧光，表明在NIR-I激光照射下发生了反斯托克斯位移，即上转换现象。对于NaYF₄:Yb,Er@RB组，绿色荧光强度显著降低，而RB的特征吸收峰（550 nm）明显增强，证明NaYF₄:Yb,Er发出的绿色光有效激活了RB，实现了能量转移。

The wireless PDT properties of the scaffolds

为验证支架的无线光动力治疗（PDT）能力，构建了体外深部组织模型，通过引入障碍物（LB固体培养基）阻挡近红外光源（图5a）。在无障碍物情况下，PLLA+UPR支架在980 nm激光照射下发出明亮荧光。相比之下，当使用980 nm激光照射厚度为2 cm的固体培养基时，对侧的支架仍显示出可见荧光，表明上转换植入物能够穿透深层组织并激活光动力反应。进一步通过ROS检测试剂（如SOSG和DCFH-DA）证实，照射后的支架组中单线态氧（¹O₂）和超氧阴离子（O₂^-）生成量显著增加，证明其具有高效的无线PDT性能。

Conclusions

本研究通过将NaYF₄:Yb,Er@RB纳米系统引入选择性激光烧结（SLS）制备的聚-L-乳酸（PLLA）支架中，开发了一种具有上转换介导光动力治疗（PDT）能力的抗肿瘤骨植入物。力学测试表明，支架具有足够的抗压强度和维氏硬度以支持骨组织再生。此外，NaYF₄:Yb,Er@RB纳米系统的掺入改善了表面亲水性，促进了细胞粘附与增殖。体外实验证明，该支架在980 nm激光照射下可通过光动力效应有效消除肿瘤细胞，为临床骨肉瘤治疗提供了创新策略。