肿瘤微环境同时存在血液灌注限制的急性乏氧（perfusion-limited acute hypoxi）和氧气弥散距离限制的慢性乏氧（diffusion-limited chronic hypoxia）。二者对于光动力学治疗（PDT）的效果均具有明显的抑制作用。研究者们通常应用载氧材料(O2-carrying materials)、光催化产氧材料及微光热治疗单一改善扩散型或者灌注型乏氧，以提高肿瘤治疗效果。迄今为止，可以同时改善灌注型乏氧和扩散型乏氧的材料与应用研究尚未被报道。

  最近，来自中国科大生命科学学院的王育才教授以及高分子科学与工程系的徐航勋教授的研究团队在Nano Letters上报道了一种iRGD肽修饰的红细胞膜（i-RBM）包被的氧化石墨炔(GDYO)纳米片(GDYO@i-RBM)，其能通过在肿瘤组织原位产氧和增强血液灌注同时克服两种类型的乏氧，从而显著提高PDT治疗的效果（图1）。

图1、（a）仿生GDYO纳米片的制备过程;（b）光照仿生GDYO纳米片的产氧、产1O2及光热转化机理图。（c）仿生GDYO纳米片同时缓解扩散型和灌注型乏氧以提高PDT的治疗效果示意图。

  研究者首先通过强酸氧化与液相超声剥离成功制备尺寸120 ± 15 nm，厚度~1.7 nm的GDYO纳米片。研究发现，氧化与剥离成功调控了石墨炔（GDY）的能带结构，明显降低的价带端（VBM）赋予GDYO更高的光氧化热力学驱动力，结合GDYO强的光吸收能力以及超薄的二维结构，从而表现出超高的光催化活性。在近红外光照射下，GDYO纳米片同时表现出优异的催化水分解产氧、单线态氧以及光热转换性能（图2）。

图2、（a）GDYO纳米片的AFM图像；（b）GDY与GDYO纳米片的能带结构图；（c）GDY与GDYO纳米片光催化产氧性能；（d）GDYO纳米片的光热转换性能。

  为了提高GDYO纳米片的肿瘤靶向性能力以及生物相容性，该团队利用iRGD肽修饰的红细胞膜（i-RBM）包被GDYO纳米片，获得仿生纳米片GDYO@i-RBM。肿瘤组织在注射GDYO@i-RBM纳米片并经近红外光照后，肿瘤血管出现明显的扩张现象，扩张血管周边的乏氧信号（绿色荧光）也随之明显减弱（图3），这是由于i-RBM包被赋予GDYO纳米片良好的肿瘤富集及其优异的光催化产氧缓解了肿瘤扩散型乏氧；与此同时，GDYO的光热转化功能，能够有效扩张肿瘤血管，增强血液灌注，从而有效克服了灌注型的乏氧。因此，本工作以仿生结构的GDYO纳米片为平台，通过同时改善扩散型乏氧与灌注型乏氧，显著提高肿瘤PDT治疗效果。

  该研究以二维共轭微孔聚合物为平台，通过能带结构调控、仿生修饰同时提升其光催化水分解产氧活性以及靶向能力，并成功应用于缓解肿瘤乏氧；也为今后设计和合成共轭微孔聚合物纳米载体应用于缓解扩散和灌注限制的肿瘤乏氧提供了新的启发。

图3、 肿瘤组织在注射仿生GDYO@i-RBM纳米片后，光照前后肿瘤乏氧和血管变化情况。

  该工作得到了国家自然科学基金（NOs. 51773191, 51573176, 51633008，21875235），国家重点研发计划（2017YFA0205600和2017YFA0207301）的资助。

  论文题目为“Tumor Reoxygenation and Blood Perfusion Enhanced Photodynamic Therapy using Ultrathin Graphdiyne Oxide Nanosheets。

  中国科大博士生蒋为、张震与汪沁同学为本论文共同第一作者，徐航勋教授与王育才教授为本文的共同通讯作者。

  论文链接：http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01458

  王育才教授课题组主页：http://nanomedicine.ustc.edu.cn/

  徐航勋教授课题组主页：http://staff.ustc.edu.cn/~hxu/