應(yīng)用紀(jì)要：NIR-II熒光成像引導(dǎo)的光熱/化學(xué)/抗血管生成療法的納米平臺(tái)

本文要點(diǎn)：最近，實(shí)時(shí)光學(xué)成像和光控制治療相結(jié)合的光熱療法已成為一種很有前途的癌癥治療療法范例。本文設(shè)計(jì)并成功合成了一種1000 nm以上的小分子染料DPP-BT-TPA和一種基于氧化還原反應(yīng)的前藥——喜樹堿聯(lián)合血管生成抑制素A4（CPT-CA4），將其封裝在兩親性聚合物中，制備了一種多功能的光療納米平臺(tái)。該前藥CPT-CA4在腫瘤微環(huán)境中被過(guò)表達(dá)的谷胱甘肽（GSH）裂解，釋放化療藥物CPT和血管生成抑制劑CA4。這一過(guò)程可以隨著高溫而加速，且可以利用NIR-II成像觀察活小鼠的腫瘤。通過(guò)光熱/化療/抗血管生成組合提高了抗腫瘤療效。
 

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背景：NIR-II熒光成像能對(duì)深度組織進(jìn)行清晰且高分辨的成像，最近已成為光學(xué)成像中前所未有的技術(shù)。小分子具有明確的化學(xué)結(jié)構(gòu)、較高的合成重現(xiàn)性、良好的生物安全性和快速的代謝，成為最有前途的候選分子。但是小分子的Stokes位移較短和穩(wěn)定性較差在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。因此，開發(fā)具有長(zhǎng)斯托克斯位移和高穩(wěn)定性的新型NIR-II發(fā)射小分子對(duì)于光熱學(xué)領(lǐng)域是非常有價(jià)值的。光熱療法通過(guò)光照射局部產(chǎn)生的熱量來(lái)消融腫瘤，而不依賴于周圍的微環(huán)境。但是，PTT也存在一些棘手的問(wèn)題，如穿透深度有限，腫瘤復(fù)發(fā)，以及可能損害正常組織。而化療作為在臨床環(huán)境中治療癌癥最有效的手段之一，許多化療藥物如阿霉素、喜樹堿和順鉑可嘗試與PTT聯(lián)合使用，以增強(qiáng)光熱治療系統(tǒng)的治療效果。

 

研究?jī)?nèi)容：本文設(shè)計(jì)并合成了一種基于二酮吡咯（DPP）的小分子DPPBT-TPA，在1000 nm以上具有強(qiáng)發(fā)射能力，在730 nm照射下具有優(yōu)越的光熱性能。然后將DPP-BT-TPA與喜樹堿CA4相連的前藥（CPT-ss-CA4）共封裝在兩親性聚合物膠束中，制備了一個(gè)單一激光觸發(fā)的光療平臺(tái)，再利用谷胱甘肽（GSH）裂解前藥，釋放化療藥物CPT和血管生成抑制劑CA4。在激光照射下，光熱效應(yīng)大大加速了這一過(guò)程。（Fig.1）
 

Figure 1

 

利用兩親性聚合物F-127包封DPP-BT-TPA，通過(guò)納米沉淀法制備水溶性DPP-BT-TPA NPs（Fig.2A-B），得到的NPs具有較高的膠體穩(wěn)定性。該納米探針在640 nm左右出現(xiàn)了一個(gè)吸收峰（Fig.2C），利用730 nm激發(fā)，NPs在1000nm處出現(xiàn)較強(qiáng)的NIR-II區(qū)發(fā)射，表現(xiàn)出長(zhǎng)Stokes位移。此外，DPP-BT-TPA NPs在激光照射下表現(xiàn)出較高的光穩(wěn)定性，優(yōu)于商業(yè)染料ICG（Fig.2D）。
 

Figure 2

如Fig.3A所示，在激光照射后，DPP-BT-TPA NPs溶液的溫度顯著升高，且呈濃度依賴性。最高溫度達(dá)到62°C。DPP-BT-TPA NPs也表現(xiàn)出較高的光熱穩(wěn)定性。在四個(gè)開關(guān)循環(huán)中，溶液溫度達(dá)到了幾乎相同的值（Fig.3C）。DPP-BT-TPA NPs的光熱轉(zhuǎn)換效率為44.3%（Fig. 3D）。

Figure 3

 

之后作者將DPP-BT-TPA和CPT-ss-CA4封裝在聚合物F127中，得到一個(gè)納米治療體系DCssC NPs（Fig.4A-C）。可通過(guò)監(jiān)測(cè)DCssC NPs的體外藥物熒光發(fā)射強(qiáng)度，記錄其體外藥物釋放情況。從Fig.4E-G可知，藥物的釋放依賴溫度，更高的溫度下藥物釋放更快，因此，利用730 nm激光誘導(dǎo)的DPP-BT-TPA的光熱效應(yīng)可以用來(lái)控制CPT和CA4的釋放。

Figure 4

 

采用MTT法檢測(cè)DPP-BT-TPA NPs和DCssC NPs對(duì)癌細(xì)胞的體外細(xì)胞毒性（Fig.5A），DPP-BT-TPA NPs和DCssC NPs在730 nm激光照射后具有顯著的細(xì)胞毒性，PI染色下有更多的紅色熒光表明DCssC NPs組的細(xì)胞死亡率更高。（Fig.5B）。
 

Figure 5

 

體內(nèi)成像實(shí)驗(yàn)表明，腫瘤區(qū)域的NIR-II熒光信號(hào)隨時(shí)間逐漸增加，并在注射后12 h達(dá)到最大值（Fig.6A）。納米探針主要分布在肝，脾和腫瘤（Fig.6B-6D）。DCssC NPs通過(guò)EPR作用在腫瘤中積累，并通過(guò)肝膽系統(tǒng)代謝。
 

Figure 6

 

在注射納米探針12 h后，從Fig.7A可發(fā)現(xiàn)，腫瘤區(qū)域的溫度達(dá)到52°C左右。每?jī)商鞙y(cè)量一次腫瘤體積和體重。DPP-BT-TPA NPs+激光照射組的腫瘤抑制效果最高。而各組的體重差異較�。‵ig.7B-7C），說(shuō)明所制備的納米探針在激光下可抑制腫瘤生長(zhǎng)，而且副作用較小。進(jìn)一步采用H&E染色法評(píng)價(jià)DCssC NPs在體內(nèi)的毒性，表明各組治療后主要器官均無(wú)明顯病變(Fig.7D)。
 

Figure 7

 

總結(jié)：作者成功制備了一種具有高光熱轉(zhuǎn)換效率、良好生物相容性的新型NIR-II發(fā)射小分子染料DPP-BTTPA。通過(guò)連接化療藥物喜樹堿和血管生成抑制劑A4，也獲得了GSH-可裂解的前藥CPT-ss-CA4。DPP-BT-TPA和CPT-ss-CA4被封裝在兩親性聚合物F-127中，從而產(chǎn)生了一種新的光熱劑（DCssC NPs），用于NIRII成像引導(dǎo)下的光熱治療、抗血管生成治療和化療。

 

參考文獻(xiàn)
doi.org/10.1016/j.actbio.2022.08.013

 

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