在肿瘤的光热治疗中，治疗区域的过度加热将损伤病灶周围的正常组织并影响治疗的精度。因此，发展高空间分辨微区温度监控方法用于指导光热精准治疗是一项重要课题。近日，iChEM研究人员、复旦大学李富友教授带领其研究团队设计出一种光热材料与温敏上转换发光材料相结合的复合纳米探针用于监控光热治疗中材料的微观温度变化。与此同时，通过微观温度的反馈信息来有效控制光热效应的杀伤范围，实现了细胞层次分辨率的精准治疗。相关研究成果以题为“Temperature-feedback upconversion nanocomposite for accurate photothermal therapy at facile temperature”的文章发表在国际著名在线学术刊物《Nature Communications》上 (Nat. Commun. 2016, 7:10437 DOI:10.1038/ncomms10437)。

肿瘤的光热治疗是利用一些具有吸收光能转化为热能的纳米材料在肿瘤区域进行光照加热，破坏癌变组织的生理功能从而达到治疗的目的。但是在光热治疗的实施过程中，治疗的温度监控一直沿用着传统的宏观监测方式（如使用热红外相机、热电偶等），只能反映整体组织的宏观温度变化情况，并不能监控光热纳米探针本身的温度变化，导致传统方法所测定的光热区域组织温度低于纳米探针的光热温度。这种传统方法的不足将进一步导致光热治疗的过度光照，存在过热现象并对癌变组织周边的正常组织造成不可逆转的损伤。李富友教授领衔的研究团队创造性地将温度响应的上转换发光材料与光热材料相复合，通过发光信号的变化来探测光热纳米材料的微观温度。他们发现光热过程中微观温度的上升远大于宏观温度的变化，经过实验优化，他们在低功率密度的光激发下实现单个细胞的选择性杀伤。进一步地，他们在荷瘤小鼠上通过上转换发光进行微观温度监控实施反馈式的肿瘤光热杀伤，实现了温和条件下的高精度光热治疗。该项研究揭示了光热材料微观温度变化监控的意义，率先将微观温度监控的概念运用在活体肿瘤治疗上，有望改变传统意义上对肿瘤光热治疗的理解和操作方式。

该项工作由复旦大学2014级博士生朱幸俊（共同第一作者）和冯玮副教授（共同第一作者）等共同完成，由国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金委以及教育部能源材料化学协同创新中心 (2011•iChEM)提供资助。

论文链接：http://www.nature.com/ncomms/2016/160204/ncomms10437/full/ncomms10437.html