基于石墨烯的肿瘤光热治疗技术

应用于肿瘤光热治疗的光热转换材料，需要有较高的生物相容性、较长的体内循环时间、较高的特异性，以及较小的毒副作用。石墨烯肿瘤光热治疗研究的一个重点是在石墨烯基材料上负载不同的颗粒，以实现其功能的多样化，并提高光热治疗效率、改善生物相容性，以及增强靶向性。

纳米材料进入人体之后，会与生物体的细胞、组织和器官接触产生生物应答，进而可能会被吞噬细胞摄取，引起一系列的免疫反应。影响免疫反应的主要因素是颗粒的尺寸、形貌和表面修饰物。对氧化石墨烯基材料的生物相容性来说，主要涉及氧化石墨烯基材料的尺寸、剂量和表面性质。Akhavan等[20]发现氧化石墨烯的生物毒性与其浓度有关，当氧化石墨烯的浓度达到75 μg／mL时，就会导致细胞周期变化，从而诱导细胞凋亡。Jaworski等[21]研究发现，当氧化石墨烯浓度达到100 μg／mL时，人体U118细胞凋亡率非常高（99%），坏死率为0.2%；而在U87细胞里，凋亡率和坏死率分别为68%和24%，说明细胞膜上基因表达的不同导致细胞对光热治疗中的石墨烯基材料有不同的应答。

为了提高生物相容性，有研究者对氧化石墨烯进行了表面改性。例如，将修饰了PEG的氧化石墨烯与聚顺丁烯二酸酐接枝共聚，合成超小尺寸的复合物[22，23]，与PEG修饰的氧化石墨烯相比，该复合物有延长血液循环时间的作用，并且在网状内皮组织的富集也较少，这证明了表面修饰的重要性。

在氧化石墨烯表面修饰生物相容性很好的卟啉，得到的复合物拥有更高的光热转换效率。在波长为808nm光的辐照下，修饰后的氧化石墨烯相比于未修饰的氧化石墨烯和还原氧化石墨烯，光热转换效率分别提高了89%和33%[24]。这对于肿瘤光热治疗是至关重要的。(www.xing528.com)

利用亲水分子可以对石墨烯表面进行修饰。出于环境友好的考虑，研究者最近开发了一种用简单的微波法制备出可在水中分散的、生物相容性良好的，并且具有磁性的多功能石墨烯基材料，为磁共振成像、药物递送和光热治疗提供了新思路[25]。

提高肿瘤光热治疗效率的一个重要方法是增强肿瘤的特异识别性。因此，在氧化石墨烯或还原氧化石墨烯上连接具有特异性的靶向配体就显得尤为重要。例如，将两亲的PEG链和精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽链功能化修饰在单层氧化石墨烯纳米带上，可用于靶向识别人胶质母细胞瘤U87MG细胞上的蛋白受体[26]。此外，有研究报道了基于氧化石墨烯的靶向药物递送系统，包括核酸适配体化合物、叶酸等功能化的氧化石墨烯，这些都可以增强光热剂在靶点处的聚集，从而提高光热治疗法的效率[27-29]。

氧化石墨烯基材料也可以作为药物递送系统中的一员参与到肿瘤光热治疗中。可以在氧化石墨烯上连接或者负载功能化的高聚物，以做出物理刺激响应，例如对pH、温度或光做出响应。近年来，一种由还原氧化石墨烯共价连接支化聚乙烯亚胺（BPEI）和PEG组成的复合物，被成功用于细胞质内的DOX的释放。研究证明，与没有进行近红外光辐照相比，DOX-PEG-BPEI-rGO复合物处理的细胞在近红外光照射下，能够促使更多的肿瘤细胞死亡[30]。壳聚糖修饰的氧化石墨烯纳米片也是重要的功能材料，其独特的pH响应特性为肿瘤治疗提供了有利条件。有研究表明[31]，壳聚糖可与叶酸形成共聚物，进一步修饰氧化石墨烯，得到弱酸性的纳米复合物，当其用于递送药物时，载药量高达95%，pH为5.3时的药物释放率明显高于pH为7.4时的药物释放率。这些结果表明，当氧化石墨烯被负载上功能化的高聚物之后，光热治疗的多样性也能得以实现。