利用NIR-II激發(fā)抗淬滅苯硼酸改性共軛聚電解質(zhì)增強(qiáng)化學(xué)光熱療效

本文要點(diǎn)：本文報(bào)道了一種多功能過氧亞硝酸鹽（ONOO—）納米發(fā)生器（PBT/NO/Pt），用于NIR-II熒光（NIR-II FL）/NIR-II光聲（NIR-II-PA）成像引導(dǎo)的化學(xué)/NIR-II PTT/ONOO—聯(lián)合治療。多功能納米發(fā)生器是通過將pH敏感的一氧化氮供體（DETA NONOate）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶觸發(fā)超氧化物（O2•−）發(fā)生器化療藥物（CDDP）共同裝載到NIR-II激發(fā)共軛聚電解質(zhì)（PNC1BA）中而開發(fā)的。PNC11BA在聚合物骨架中具有非共軛烷基鏈段，在其側(cè)鏈中具有豐富的帶正電荷的苯基硼酸，這支持NIR-II FL的抗淬滅以及DETA-NONOTE和CDDP整合到PBT/NO/Pt中。在酸性腫瘤微環(huán)境中，CDDP和PNC11BA之間的配位鍵被切割，釋放CDDP用于化療活性。一氧化氮（NO）和O2•−的同時(shí)釋放迅速導(dǎo)致原位產(chǎn)生更具細(xì)胞毒性的反應(yīng)性生理氮物種ONOO−。體外和體內(nèi)結(jié)果證明，PBT/NO/Pt通過下調(diào)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽和增加CDDP-DNA加合物，對(duì)SKOV3/DDP腫瘤表現(xiàn)出顯著的ONOO−增強(qiáng)化學(xué)光熱協(xié)同治療作用。

方案1. NIR-II光激發(fā)多功能ONOO−示意圖納米發(fā)生器 （PBT/NO/Pt） 用于 NIR-II FL/NIR-II PA 成像引導(dǎo)的協(xié)同 NIR-II PTT/化療/過氧亞硝酸鹽治療

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本文報(bào)道了一種NIR-II光激發(fā)多功能ONOO−納米發(fā)生器（PBT/NO/Pt）用于NIR-II FL/NIR-II PA成像引導(dǎo)的協(xié)同NIR-II PTT/化療/過氧亞硝酸鹽治療（方案1）。PBT/NO/Pt是通過整合苯硼酸修飾的NIR-II共軛聚電解質(zhì)（PNC11BA）、pH敏感的NO供體（DETA NONOate）和NOX觸發(fā)的O2•−產(chǎn)生化療藥物（順鉑、CDDP）構(gòu)建的。首先，將強(qiáng)電子供體（CPDT）和非共軛鏈段（C6）摻入聚合物主鏈中，并將陽離子苯硼酸基團(tuán)與側(cè)鏈結(jié)合，以產(chǎn)生NIR-II聚合物PNC11BA。與以前的NIR-II共軛聚合物相比，本文制備PNC11BA具有三個(gè)顯著優(yōu)勢。首先，共軛聚電解質(zhì)PNC11BA在1064 nm處表現(xiàn)出峰吸收和高NIR-II光熱轉(zhuǎn)換效率（PCE）值（53.65%），這使得PBT/NO/Pt適用于NIR-II PA成像和NIR-II PTT。其次，PNC11BA聚合物主鏈中含有C6鏈段，可以通過減少非輻射衰變，同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的NIR-II吸收消光系數(shù)和NIR-II熒光。第三，陽離子側(cè)鏈PBA可以顯著減少水環(huán)境中的聚集誘導(dǎo)猝滅（ACQ），當(dāng)DMPC和DSPE-PEG2000–cRGD攜帶PNC11BA時(shí)，可以產(chǎn)生具有優(yōu)異NIR-II熒光亮度的PBT/NO/Pt。最后，PNC11BA側(cè)鏈上的苯硼酸基團(tuán)將通過供體-受體相互作用提高DETA NONOate和CDDP藥物在PBT/NO/Pt中的負(fù)載效率。體外研究表明，制備的PBT/NO/Pt能在酸性和高的NOXs濃度環(huán)境中釋放NO和O2•−，并產(chǎn)生 ONOO−。ONOO−的原位生成通過下調(diào)細(xì)胞內(nèi) GSH 和增加 CDDP-DNA 加合物的水平，使耐藥腫瘤對(duì) CDDP 敏感。PBT/NO/Pt 還展示了明亮的 NIR-II FL 和 NIR-II PA 成像用于體內(nèi)腫瘤診斷，以及協(xié)同治療 NIR-PTT/ONOO−用于體內(nèi)抗癌應(yīng)用。更重要的是，PBT/NO/Pt的顯著NIR-II PTT和ONOO−增強(qiáng)的化療賦予了它們對(duì)DDP耐藥SKOV3腫瘤的良好抑制作用。

方案2. 苯硼酸修飾NDCPEs的合成路線

 

通過強(qiáng)電子受體（BBTD）、電子供體（CPDT）和非共軛單元（噻吩-己烷，C6）之間的Stille偶聯(lián)聚合，合成了三種摻雜共軛聚合物（NDCP）的非共軛鏈段，其共軛鏈段密度不同（方案2）。這些共聚物分別以2:1、1:1和1:2的C6:CPDT摩爾比生產(chǎn)，分別命名為PNC21、PNC11和PNC12。這些聚合物中的電子供體CPDT也具有溴化側(cè)鏈，以允許側(cè)鏈后官能化。如方案2所示，NDCP（PNC21、PNC11和PNC12）通過與二甲胺和3-溴甲基苯基硼酸（PBA）的兩步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為苯基硼酸修飾的非共軛鏈段摻雜共軛聚電解質(zhì)（NDCPE:PNC21BA、PNC1BA、PNC12BA）。還合成了傳統(tǒng)的CP（PCP）和苯基硼酸改性的共軛聚電解質(zhì)（PCPBA），其中BBTD作為電子受體，CPDT作為電子供體。

圖1. DCM中NDCPEs（PCPBA、PNC12BA、PNC11BA和PNC21BA）的特征

 

如圖1a所示，NDCPEs（PCPBA、PNC12BA、PNC11BA和PNC21BA）完全溶解在二氯甲烷（DCM）（1.0 mg mL−1）中。圖1b顯示了DCM（0.1 mg mL-1）中NDCPEs的紫外-可見-近紅外吸收光譜。所有四種NDCPE在800-1200nm處均表現(xiàn)出寬而強(qiáng)的吸光度。由于聚合物鏈中共軛長度的減少，從PCPBA到PNC21BA的聚合物骨架中的非共軛密度增加，吸收峰從1177 nm藍(lán)移到925 nm。NDCPEs的光譜特性與NDCPs的光譜特性相似。如圖1c所示，PCPBA、PNC12BA、PNC11BA和PNC21BA在1064 nm處的消光系數(shù)分別為0.908、1.331、0.922和0.823 L g−1 cm−1。DCM中聚合物在相同濃度下的NIR-II熒光光譜如圖1d所示，摻雜PNC12BA、PNC11BA和PNC21BA聚合物的非共軛鏈段顯示出類似的NIR-III發(fā)射光譜，并在1092 nm處有一個(gè)發(fā)射峰。相比之下，PCPBA沒有獨(dú)特的NIR-II發(fā)射光譜。NIR-II發(fā)射強(qiáng)度隨著聚合物鏈中非共軛C6密度的增加而增加，在相同濃度下，從PNC12BA到PNC21BA在1092nm處增加了2.7倍（圖1e）。圖1f中的NIR-II熒光成像結(jié)果顯示，PNC21BA在相同濃度下發(fā)出的信號(hào)最強(qiáng)，是PCPBA的9.7倍。值得注意的是，當(dāng)808 nm吸收強(qiáng)度歸一化時(shí)，NDCPE的NIR-II熒光強(qiáng)度隨著非共軛C6單元摻雜密度的增加而逐漸增加（圖1 g）。PNC21BA的最大發(fā)射峰的NIR-II熒光強(qiáng)度和成像強(qiáng)度分別比PCPBA強(qiáng)約3.7倍和6.4倍（圖1h，i）。這些發(fā)現(xiàn)表明，在共軛骨架中摻雜非共軛單體可以提高共軛聚合物的NIR-II發(fā)射。

圖2. NDCPEs NPs（PCPBA NPs、PNC12BA NP、PNC11BA NP和PNC21BA NP）的表征

 

先前報(bào)道的共軛聚合物表現(xiàn)出ACQ，并顯著降低了NIR-II FL強(qiáng)度，使其難以用于生物醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用。苯基硼酸修飾的NDCPE被包裹在兩親性脂質(zhì)體（1,2-二肉豆蔻�；�-sn-甘油-3-磷酸膽堿，DMPC）中，通過納米沉淀形成水溶性納米粒子（PCPBA NPs、PNC12BA NPs、PN 11BA NPs和PNC21BA NPs）。還使用類似的方法制備了四種NDCPs NPs（PCP NPs、PNC12 NPs、PNC11 NPs和PNC21 NPs）進(jìn)行比較。在溶液中，這些水溶性納米粒子表現(xiàn)出顏色。如圖2a所示，這些納米粒子都具有980至1350 nm的寬NIR-II吸收光譜。相比之下，與PCP NPs、PNC12 NPs、PNC11BA NsP和PNC21BA NPs相比，PCPBA NPs、PNC12BA NPs、PNC11NPs和PNC21NPs紅移。此外，在八個(gè)納米顆粒的NIR-II熒光光譜中觀察到差異（圖2b，c）。只有NDCPEs NP表現(xiàn)出明顯的NIR-II熒光，這表明NDCPEs在脂質(zhì)體納米顆粒中的聚集曲線可能較低，NIR-II發(fā)射也有所改善。更重要的是，NDCPE中非共軛鏈段密度的增加導(dǎo)致水溶性納米顆粒的NIR-II FL強(qiáng)度更高，PNC21BA NPs的NIR-III發(fā)射強(qiáng)度最強(qiáng)（比PCP NPs強(qiáng)40.4倍）（圖2d）。圖2e、f中的NIR-II FL成像結(jié)果表明，PNC21BA NPs在相同濃度下發(fā)出最強(qiáng)的信號(hào)，與PCP NP相比提高了14.8倍。同樣，PNC21BA NPs在相同的808 nm吸光度下具有最強(qiáng)的NIR-II發(fā)射強(qiáng)度。比較了PCPBA NPs、PNC12BA NPs、PN 11BA NPs和PNC21BA NPs在水溶液中的NIR-II熒光強(qiáng)度與DCM中相同濃度的PCPBA、PNC12 BA、PNC11 BA和PNC21B A的NIR-III熒光強(qiáng)度，以測量淬滅程度。PCPBA NPs在水溶液中的NIR-II FL強(qiáng)度達(dá)到DCM中聚合物水平的60%，表明NDCPE的NIR-III熒光大部分保留在納米顆粒中，只有適度的淬滅。PNC21BA NPs的熒光為105%，而PCPBA NPs為60%，這支持了聚合物骨架中的非共軛片段減少NIR-II熒光淬滅的假設(shè)。這些結(jié)果還表明，通過調(diào)節(jié)聚合物骨架中非共軛鏈段的密度，可以微調(diào)NDCPEs NPs的NIR-II發(fā)射特性。NIR-II光學(xué)性質(zhì)的差異表明，NDCPEs側(cè)鏈中的陽離子PBA修飾通過兩親性脂質(zhì)體之間的離子相互作用抑制分子間聚集，對(duì)NIR-II熒光有顯著影響（圖2g）。

圖3. PBT/NO/Pt在水溶液中的表征

 

鑒于 PNC11BA 出色的 1064 nm 消光系數(shù)和 PNC11BA NPs 明亮的 NIR-II 熒光，研究者利用它們制備光療劑。PNC11BA 側(cè)鏈上的 PBA 基團(tuán)很容易通過供體-受體配位負(fù)載順鉑 (CDDP) 和 NO 供體(DETA NONOate)。如圖 3a 所示，通過常規(guī)沉淀實(shí)現(xiàn)了 PNC11BA、CDDP、DETA NONOate、DMPC 和DSPE-PEG2000-cRGD 的自組裝，得到了多功能光療納米粒子 (稱為 PBT/NO/Pt)。CDDP 被負(fù)載在這些納米粒子上作為化療藥物和 NOX 活性 O2•−發(fā)生器。DETA NONOate 被選為 pH 響應(yīng)的 NO 供體。制備了僅負(fù)載DETA NONOate 或 CDDP 或不負(fù)載 DETA NONOate 和 CDDP 的 PNC11BA NPs 作為對(duì)照（表示為 PBT/NO、PBT/Pt 和 PBT）。動(dòng)態(tài)光散射 (DLS) 表明 PBT/NO/Pt 的流體動(dòng)力學(xué)直徑 (Dh) 為 66.64 nm，PDI低至 0.176（圖 3b）。所得 PBT/NO/Pt 具有球形納米顆粒，通過透射電子顯微鏡 (TEM) 測量其直徑為 80 nm（圖 3c）。能量色散 X 射線元素映射 (EDS) 顯示 Pt 元素在納米粒子中分布良好，表明 CDDP 負(fù)載成功（圖 3d）。根據(jù)微孔板讀數(shù)儀和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）獲得的不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算出DETA NONOate 和 CDDP 在 PBT/NO/Pt 中的負(fù)載效率分別為 5.42% 和 3.18%。

如圖 3e 所示，水溶液中的 PBT/NO/Pt 在 800-1350 nm 處表現(xiàn)出強(qiáng)烈的 NIR 吸收，在 1064 nm 處的消光系數(shù)為 1.195 L g-1 cm-1。在水溶液中 808 nm 光激發(fā)下，PBT/NO/Pt 顯示出強(qiáng)烈的 NIR-II 熒光，中心位于 1101 nm，長尾延伸至 1350 nm（圖 3f）。NIR-II FL 強(qiáng)度在 60 分鐘內(nèi)幾乎保持恒定（808 nm，0.5 W cm-2），表明 PBT/NO/Pt 具有光穩(wěn)定性。圖 3g 顯示了不同濃度下 PBT/NO/Pt 的 NIR-II PA 圖像。NIR-II PA 信號(hào)與 NPs 濃度表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系（圖 3h）。在 1064 nm 激光輻照（1.0 W cm−2）下驗(yàn)證了 PBT/NO/Pt 的光熱性能。如圖 3i 所示，水溶液的溫度隨 PBT/NO/Pt 濃度的增加而升高。例如，在 0.1 mg mL−1 PBT/NO/Pt 下，溫度在 6 分鐘內(nèi)升高到 53 °C，PCE 計(jì)算為53.65%。此外，還忠實(shí)證明了 PBT/NO/Pt 在光熱作用下的穩(wěn)定性，在五次光開/關(guān)照射循環(huán)中，PBT/NO/Pt 溶液的溫度變化小于 2 °C（圖 3j）。

接下來探索了 PBT/NO/Pt 中 DETA NONOate 和 CDDP 的酸響應(yīng)釋放曲線。使用典型的 Griess 測定法來量化 pH 7.4 和 pH 5.5 水溶液中 DETA NONOate 的釋放。如圖 3k 所示，在 pH 7.4 下，90 分鐘后PBT/NO/Pt 中 NO 的生成量最小。相反，在 pH 5.5 下，90 分鐘后 NO 釋放量超過 60 µm，反映了 DETA NONOate 和 PBA 基團(tuán)之間供體-受體配位相互作用在酸反應(yīng)下解離以及 DETA NONOate 降解。在酸反應(yīng)下從 PBT/NO/Pt 中釋放 CDDP 是此設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟，因?yàn)?CDDP 只能在弱酸性細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中激活 NOX 產(chǎn)生 O2•−。通過 ICP-OES 評(píng)估了 PBT/NO/Pt 中 CDDP 的釋放情況（圖 3l），結(jié)果表明 pH 值為 7.4 時(shí)，90 分鐘后 CDDP 釋放量可忽略不計(jì)，而 pH 值為 5.5 時(shí)，由于氨基和 PBA 基團(tuán)的加速解離，CDDP 釋放量超過 60%。這些結(jié)果表明，PBT/NO/Pt 中不利的 DETA NONOate 和 CDDP 泄漏在血液循環(huán)過程中可能受到限制，從而支持 NO 和 CDDP 在酸性腫瘤組織和癌細(xì)胞中的靶向釋放。

圖4. 細(xì)胞內(nèi)生成 NO、O2•− 和 ONOO−

 

圖 4a 顯示了細(xì)胞內(nèi) NO、O2•−和 ONOO−的產(chǎn)生方式。首先通過共聚焦激光掃描顯微鏡 (CLSM) 和流式細(xì)胞術(shù)檢查 PBT/NO/Pt 的細(xì)胞攝取情況。與載有 FITC 染料的 PBT/NO/Pt 孵育 1.5 小時(shí)后，在 SKOV3/DDP 細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)大量綠色熒光。孵育時(shí)間延長至 3 小時(shí)后觀察到更強(qiáng)的綠色熒光，表明 PBT/NO/Pt 進(jìn)入細(xì)胞（圖 4b）。鑒于已證實(shí)酸觸發(fā)的 NO 生成和 CDDP 釋放，隨后監(jiān)測細(xì)胞內(nèi) NO、O2•−和原位 ONOO−形成。使用商用 NO 熒光探針(DAF-FM DA) 評(píng)估細(xì)胞內(nèi) NO 水平。如圖 4c 所示，SKOV3/DDP 細(xì)胞與 PBT/NO/Pt 和 PBT/NO 孵育 3 小時(shí)后，由于DETA NONOate 在酸的作用下分解，觀察到更強(qiáng)的綠色熒光。相比之下，PBT/Pt 和 PBT 處理的 SKOV3/DDP 細(xì)胞和對(duì)照表現(xiàn)出非常弱的熒光，表明這些納米顆粒沒有產(chǎn)生 NO。CDDP 在酸性細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中釋放，然后催化 NOX s產(chǎn)生 O2−。作者使用O2•−探針二氫乙錠 (DHE) 監(jiān)測了 SKOV3/DDP 細(xì)胞中的細(xì)胞內(nèi) O2•−水平。如圖 4d 所示，在PBT/NO/Pt 和 PBT/Pt 處理的SKOV3/DDP 細(xì)胞中觀察到明顯的紅色熒光 (O2•−)，表明細(xì)胞內(nèi) O2•−生成效率高。然而，由于缺乏 CDDP，在 PBT/NO 和 PBT 處理的SKOV3/DDP 細(xì)胞和對(duì)照中未檢測到紅色熒光。NO 和 O2•−結(jié)合產(chǎn)生 ONOO−，因此，使用商業(yè)探針 BBoxiProbe O71 測量細(xì)胞內(nèi) ONOO−。如圖 4e 所示，與 PBT/NO 和PBT/Pt 一起孵育的 SKOV3/DDP 細(xì)胞分別由于缺乏 O2•−和 NO 而未顯示出明顯的綠色熒光。正如預(yù)期的那樣，在與 PBT/NO/Pt 一起孵育的 SKOV3/DDP 細(xì)胞中觀察到了綠色熒光，表明通過原位產(chǎn)生 NO 和 O2•−產(chǎn)生了豐富的 ONOO−。通過流式細(xì)胞分析進(jìn)一步定量統(tǒng)計(jì)研究了PBT、PBT/NO/Pt、PBT/NO和PBT/NO/Pt處理的SKOV3/DDP細(xì)胞內(nèi)NO、O2•−和ONOO−的生成情況（圖4f，g），這與上述CLSM成像結(jié)果一致。

 

圖5. 體外評(píng)價(jià)PBT/NO/Pt在SKOV3/DDP細(xì)胞中的抗癌活性及機(jī)制

 

PBT/NO/Pt 引發(fā)癌細(xì)胞中 NO、O2•−和 ONOO−的形成。通過甲基噻唑基四唑 (MTT) 測定法測試了 PBT/NO/Pt 在 SKOV3/DDP 細(xì)胞中的抗癌作用。如圖 5a 所示，PBT 處理組的細(xì)胞存活率略有下降。相反，在 100 µg mL−1下，PBT/Pt、PBT/NO 和 PBT + 激光處理的 SKOV3/DDP 細(xì)胞中的存活率分別下降至 79.1%、64.3% 和 49.8%。在所有組中，1064 nm 激光（6 分鐘，1.0 W cm−2）處理的 PBT/NO/Pt 組表現(xiàn)出最強(qiáng)的抑制作用（細(xì)胞存活率下降至 13.38%），證明了 PBT/NO/Pt 中 NIR-II PTT 和 ONOO−的優(yōu)異協(xié)同作用。還通過流式細(xì)胞術(shù)分析了 PBT/NO/Pt 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和壞死（圖 5b），結(jié)果表明 PBT/NO/Pt + 激光組的細(xì)胞毒性最大，凋亡率最高，約為 87%。相反，PBT/NO、PBT/Pt 和 PBT + 激光僅誘導(dǎo)中等程度的細(xì)胞凋亡。這些結(jié)果表明 PBT/NO/Pt 通過共遞送 NO 和 CDDP 以及原位生成ONOO−在 SKOV3/DDP 細(xì)胞中具有有效的抗癌活性（圖 5e）。

為了直觀地了解 PBT/NO/Pt 的治療效果，通過 JC-1 染色評(píng)估了線粒體損傷。共聚焦成像和定量分析顯示，PBT/NO/Pt + 激光治療組出現(xiàn)了最亮的綠色熒光，表明線粒體膜電位喪失；流式細(xì)胞術(shù)也獲得了類似的結(jié)果（圖 5c、f）。PBT/NO/Pt + 激光組的細(xì)胞內(nèi) ATP 水平下降（約 30%），可能是由于線粒體功能受到抑制（圖 5h）。使用 γ-H2AX（DNA 雙鏈斷裂的常規(guī)標(biāo)記物）評(píng)估 PBT/NO/Pt 造成的 DNA 損傷程度。在 PBT/NO/Pt + 激光細(xì)胞中觀察到最亮的綠色熒光，表明 CDDP-DNA 加合物有效形成，ONOO−造成的 DNA 損傷更嚴(yán)重（圖 5d、g）。隨后，在SKOV3/DDP細(xì)胞中探究了PBT/NO/Pt的治療機(jī)制。早先有報(bào)道稱，CDDP可以形成Pt-GSH復(fù)合物并減少CDDP-DNA加合物的生成，從而誘導(dǎo)CDDP的解毒。用ThioTracker Violet測量了PBT/NO/Pt形成ONOO−對(duì)SKOV3/DDP細(xì)胞內(nèi)GSH的影響。在圖5i中，在空白對(duì)照和PBT、PBT/NO和PBT/Pt處理的SKOV3/DDP細(xì)胞中觀察到明亮的綠色熒光。相比之下，PBT/NO/Pt+激光處理的SKOV3/DDP細(xì)胞顯示出明顯較少的綠色熒光，表明GSH含量損失。流式細(xì)胞術(shù)和定量分析也得到了類似的結(jié)果，表明PBT/NO/Pt+激光降低了細(xì)胞內(nèi)GSH（圖5j）。因此，ONOO−下調(diào)細(xì)胞內(nèi) GSH，從而改善 CDDP 與靶DNA 的結(jié)合并促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡。

通過蛋白質(zhì)印跡法研究了相關(guān)蛋白（Pro-caspase-3、Bcl-2、γ-H2AX和 GS）的表達(dá)（圖 5k、l、m）。在用 PBT/NO/Pt 和 1064 nm 光處理的 SKOV3/DDP 細(xì)胞中，裂解的 caspase-3 表達(dá)顯著誘導(dǎo)，Bcl-2 下調(diào)，表明更多細(xì)胞開始凋亡（圖 5k、l）。正如預(yù)期的那樣，γ-H2AX和 GS 的表達(dá)與之前的結(jié)果一致，解釋了為什么PBT/NO/Pt + 激光照射會(huì)造成更嚴(yán)重的 DNA 損傷。這些結(jié)果證實(shí)，原位 ONOO−生成下調(diào)了細(xì)胞內(nèi) GSH，增加了 CDDP–DNA 加合物和裂解的 caspase-3 的水平，從而促進(jìn)了細(xì)胞凋亡。

圖6. SKOV3/DDP 荷瘤小鼠體內(nèi) NIR-II FL、NIR-II PA 和光熱成像

 

研究了 PBT/NO/Pt 的體內(nèi)抗癌效率。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)之前，通過 NIR-II FL 和 NIR-II PA 成像系統(tǒng)可視化了腫瘤部位的 PBT/NO/Pt 積累。SKOV3/DDP 腫瘤異種移植小鼠接受靜脈注射 PBT/NO/Pt（150 µL，2.0 mg mL−1），并在注射后 0.1、6、12、24 和 36 小時(shí)獲取圖像。如圖 6a、c 所示，腫瘤部位的 NIR-II FL 和 NIR-II PA 信號(hào)在 6 小時(shí)時(shí)變亮，并在 24 小時(shí)時(shí)達(dá)到最大值。通過上述實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，NIR-II FL 和 NIR-II PA 成像可以為 1064 nm 激光治療提供精確指導(dǎo)。圖 6b、d 顯示了腫瘤部位的定量成像分析，其中 NIR-II FL 和 NIR-II PA 中的成像強(qiáng)度分別比注射前高 7.3 倍和 9.4 倍，表明 PBT/NO/Pt 通過增強(qiáng)滲透性和保留 (EPR) 效應(yīng)在腫瘤部位積累。注射后 24 小時(shí)，獲得了腫瘤和主要器官的 NIR-II FL 和 NIR-II PA 圖像。離體數(shù)據(jù)顯示，腫瘤部位積累的 PBT/NO/Pt 比其他組織（包括代謝器官）更多。此外，在注射 PBT/NO/Pt 后 24 小時(shí)對(duì)腫瘤部位進(jìn)行了典型的體內(nèi)光熱成像（圖 6e、f）。1064 nm 激光照射（1.0 W cm−2）后腫瘤溫度逐漸升高，并在約 6 分鐘時(shí)達(dá)到峰值 53 °C。在用 PBS 治療的腫瘤小鼠中，沒有檢測到明顯的體溫升高。

圖7. 對(duì)SKOV3和SKOV3/DDP腫瘤小鼠的體內(nèi)腫瘤抑制作用

 

在兩種皮下腫瘤模型（SKOV3 和 SKOV3/DDP 異種移植裸鼠）中評(píng)估了 PBT/NO/Pt 的體內(nèi)癌癥抑制作用。荷瘤小鼠隨機(jī)分為六組：（I）對(duì)照組、（II）PBT、（III）PBT/Pt、（IV）PBT/NO、（V）PBT + 激光和（VI）PBT/NO/Pt + 激光。靜脈注射 PBS、PBT、PBT/Pt、PBT/NO 或 PBT/NO/Pt（150 µL，2.0 mg mL−1）后，每 2 天監(jiān)測一次腫瘤大小。注射后 24 小時(shí)，PBT + 激光和 PBT/NO/Pt + 激光組的腫瘤部位暴露于 1064 nm 激光（1.0 W cm−2）照射 6 分鐘。如圖7a所示，15 天后，與對(duì)照組（腫瘤體積增加 10.2 倍）相比，PBT/Pt 表現(xiàn)出非常弱的抗癌效果（腫瘤體積增加 7.4 倍）。PBT/NO 和 PBT + 激光組的腫瘤體積分別增加了 7.0 倍和 5.2 倍，表明單一 NO 氣體和 NIR-II PTT 療法比 PBT/Pt 提供更好的腫瘤生長抑制效果。與此形成鮮明對(duì)比的是，由于 Pt、NO 和 NIR-II PTT 以及ONOO−爆發(fā)的協(xié)同作用，PBT/NO/Pt + 激光產(chǎn)生了最佳的腫瘤抑制能力。15 天后，從每組中切除腫瘤并成像（圖 7b）。還記錄了收集的腫瘤的重量和體積。對(duì)照組、PBT組、PBT/Pt組、PBT/NO組、PBT+激光組和PBT/NO/Pt+激光組的平均腫瘤重量分別為1.16、1.12、0.89、0.80、0.60和0.10 g，證明了1064 nm激光照射后PBT/NO/Pt具有顯著的抑癌活性（圖7c）。圖7d-f說明了PBT/NO/Pt+激光對(duì)SKOV3/DDP荷瘤小鼠的突出癌癥抑制作用。進(jìn)一步檢測到第15天分離的SKOV3腫瘤中凋亡相關(guān)蛋白（Pro-caspase-3、Bcl-2、γ-H2AX和GS）的表達(dá)（圖7g、h、i）。與之前的結(jié)果一致，PBT/NO/Pt+激光下調(diào)了GSH，導(dǎo)致更嚴(yán)重的DNA損傷，并抑制了腫瘤的生長。

為了探索 PBT/NO/Pt 的腫瘤抑制能力，通過蘇木精-伊紅 (H&E) 染色、末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶 dUTP 缺口末端標(biāo)記 (TUNEL) 染色、免疫組織化學(xué) (Ki-67 抗體染色) 和 γ-H2AX 免疫熒光染色分析了組織切片。如圖 7j 所示，PBT/NO/Pt + 激光誘導(dǎo)最強(qiáng)的凋亡反應(yīng)、腫瘤抑制和 DNA 損傷，驗(yàn)證了 PBT/NO/Pt 的放大治療效果。這些結(jié)果表明，PBT/NO/Pt 共同遞送的 CDDP 和 DETA NONOate 通過產(chǎn)生 ONOO− 以及 Pt、NO 和 NIR-II PTT 的協(xié)同作用導(dǎo)致 DNA 損傷和細(xì)胞凋亡。

在這項(xiàng)工作中，開發(fā)了一個(gè)光療平臺(tái) PBT/NO/Pt，并展示了臨床應(yīng)用潛力的幾個(gè)優(yōu)勢。共軛聚合物 PNC11BA 具有內(nèi)在的生物相容性，可以通過合理設(shè)計(jì)聚合物主鏈實(shí)現(xiàn)生物降解性。PBT/NO/Pt 對(duì)腫瘤微環(huán)境中表達(dá)的酸性和高 NOX 表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性和敏感性，有利于消除具有多藥耐藥性的癌癥。 PBT/NO/Pt具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性和膠體穩(wěn)定性。

 

本文構(gòu)建了一種 NIR-II 光觸發(fā)多功能 ONOO− 納米發(fā)生器 (PBT/NO/Pt)，用于在 NIR-II FL/NIR-II PA 成像引導(dǎo)下進(jìn)行協(xié)同 NIR-II PTT/化療/過氧亞硝酸鹽治療。PBT/NO/Pt 在 1064 nm 激光輻照下表現(xiàn)出強(qiáng) NIR-II 吸收、優(yōu)異的 NIR-II 熒光發(fā)射、強(qiáng)烈的 NIR-II PA 信號(hào)和優(yōu)異的 PCE (η = 53.65%)。此外，PBT/NO/Pt 到達(dá)腫瘤部位，腫瘤微環(huán)境中的酸性和高濃度 NOX 使 NO 和 O2•− 同時(shí)釋放，隨后原位形成 ONOO−。這種原位生成 ONOO− 通過下調(diào)細(xì)胞內(nèi) GSH 和增加 DNA 損傷對(duì)SKOV3/DDP 細(xì)胞具有顯著的抗癌作用。體外和體內(nèi)研究表明，在 ONOO− 和化療增強(qiáng)的 NIR-II PTT 下，PBT/NO/Pt 具有顯著的抗 SKOV3 和 SKOV3/DDP 腫瘤抑制作用。因此，開發(fā)的 NIR-II 光激發(fā)多功能 ONOO−納米發(fā)生器是治療耐藥性腫瘤的一種有前途的策略。

 

參考文獻(xiàn)

Sun P, Hu D, Chen P, et al. Anti‐Quenching NIR‐II Excitation Phenylboronic Acid Modified Conjugated Polyelectrolyte for Intracellular Peroxynitrite‐Enhanced Chemo–Photothermal Therapy[J]. Advanced Science, 2024: 2309446.

 

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