通過CO促進低溫PTT的H2O2響應(yīng)型近紅外二區(qū)的AIE納米炸彈

本文要點：光熱療法(PTT)是一種利用光熱轉(zhuǎn)換劑(PCAs)將光能轉(zhuǎn)化為熱，來消融癌細胞的熱療策略。在治療癌癥過程中，高溫熱消融會引起全身免疫反應(yīng)，而在低溫范圍(<45°C)消融腫瘤可能是一種可以避免正常細胞損傷的方法。但是，由于熱休克蛋白(HSPs)的上調(diào)，在低溫度下的消融效果是不夠的。本文構(gòu)建了一種AIE納米載藥系統(tǒng)，當與腫瘤微環(huán)境中過表達H2O2接觸時，就會迅速釋放CO，不僅可以抑制腫瘤細胞的快速增殖，而且可以抑制熱休克蛋白的過表達，提高腫瘤低溫光熱治療的效果。
 

 

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方案1：(A) mPEG(CO)合成路線示意圖；(B)由mPEG(CO)和PBPTV組成的納米炸彈示意圖；(C)納米炸彈低溫治療過程示意圖

 

研究思路：使用十二羰基三鐵和巰基聚乙二醇（mPEG2000-SH）合成了聚合物載體材料mPEG(CO)，并進一步與光熱試劑PBPTV組裝，形成化學觸發(fā)的AIE納米炸彈（PBPTV@mPEG(CO)）（方案1A和1B）。在光熱治療過程中，納米炸彈在腫瘤微環(huán)境中過量的H2O2的刺激下，釋放出大量CO，抑制HSPs的過表達，從而實現(xiàn)低溫光熱療法治療腫瘤（方案1C）。

圖1：(A) PBPTV@mPEG(CO)水溶液的紫外吸收(藍色)和熒光發(fā)射(紅色)光譜；(B) TEM和DLS測得的粒徑；(C) PBPTV@mPEG(CO)的EDS元素圖；(D) 808 nm近紅外激光照射下FILR相機記錄的升溫曲線

 

首先，研究納米炸彈的光學表征。PBPTV@mPEG(CO)具有550-850nm的寬吸收，在970nm處有最大發(fā)射波長，并且拖尾至近紅外二區(qū)（圖1A）。TEM和DLS的結(jié)果一致：納米炸彈具有球形和核殼結(jié)構(gòu)，TEM測量尺寸約為71 nm，DLS的測量尺寸為91nm(圖1B)。如圖1C所示，F(xiàn)e、N、S、O分布均勻，進一步證實了納米炸彈的形成。PBPTV@mPEG(CO)在808 nm激光照射下表現(xiàn)出良好的光熱效果，在3 min內(nèi)將2.5 mg/mL納米炸彈的溫度提高到76.5°C，光熱轉(zhuǎn)換效率(PCE)高達38.1%。（圖1D）
 

圖2：(A)通過還原性血紅蛋白（Hb）的吸收光譜變化來檢測CO的釋放；(B)用共聚焦熒光顯微鏡檢測CO在癌細胞和正常細胞中的表達

 

接著，在體外檢測納米炸彈的CO釋放能力，如圖2A所示，還原性Hb的最大吸收波長在430nm，HbCO的最大吸收波長在415nm，所以通過還原性 Hb 和 HbCO的最大吸收峰值來計算CO的含量。緊接著想要在細胞水平上探索CO的釋放，用探針COP評估細胞內(nèi)CO的釋放，如圖2B所示，只有在與納米炸彈孵育的腫瘤細胞中，檢測到較強的COP熒光信號。這些結(jié)果證明了納米炸彈CO的釋放能力。

圖3：(A)在死(紅色)和活(綠色)細胞的染色實驗中癌細胞存活情況；(B)不同處理下HSP70蛋白的Western blots圖像

 

接下來，探索是否CO可以改善低溫PTT的治療效果。如圖3A所示，在激光照射下，納米炸彈可以有效的抑制癌細胞；而且即使在沒有激光照射下，納米炸彈也對癌細胞有一定抑制作用，說明CO本身具有癌細胞殺傷作用。為了進一步證實CO對HSPs表達的抑制作用，如圖3B所示，在納米炸彈處理的細胞中HSP70過表達被明顯調(diào)節(jié)。在癌變微環(huán)境中，過度分泌的H2O2在FeCO的催化下，通過芬頓樣反應(yīng)分解為•OH自由基，強氧化性•OH自由基進一步氧化并與Fe中心競爭配位，導致Fe中心釋放CO，逐漸釋放的CO可有效抑制HSPs的表達升高，破壞腫瘤熱抗性，誘導腫瘤凋亡。

圖4：(A)荷瘤小鼠光熱成像和NIR-II熒光成像；(B)小鼠18天內(nèi)腫瘤體積變化的曲線；(C)小鼠18天內(nèi)體重變化；(D)治療后的腫瘤圖片；(E)不同處理下腫瘤組織的染色切片；(F)在不同條件下的熒光強度

 

最后，驗證腫瘤炸彈在體內(nèi)PTT的治療效果。如圖4B和4C所示，CO和低溫PTT治療組腫瘤體積持續(xù)減小，并且小鼠的體重沒有明顯異常。說明CO和低溫PTT具有抑制腫瘤的作用，并且沒有明顯的副作用，圖4D也證明了這一點。如圖4E所示，H&E染色顯示第八組的腫瘤細胞損傷最嚴重，驗證了納米炸彈在低溫PTT中的治療效果。接著進一步評估納米炸彈釋放的CO，在體內(nèi)對HSPs過表達的抑制作用。如圖 4F所示，在納米炸彈的存在下，HSPs的表達水平被顯著抑制，表明納米炸彈釋放的CO對HSPs過表達具有抑制作用。這些實驗結(jié)果表明，腫瘤炸彈在體內(nèi)具有良好的PTT治療效果。

 

總結(jié)：作者研發(fā)了一種NIR-II的AIE納米炸彈，可在腫瘤微環(huán)境（過量H2O2）的觸發(fā)下釋放大量CO，釋放的CO不僅本身具有抑制腫瘤細胞的作用，而且還可以抑制HSPs的上調(diào)，增強低溫PTT的治療效果。

 

 

參考文獻

doi.org/10.1002/anie.202207213

 

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