癌癥作為世界范圍內(nèi)威脅人類健康的重要疾病之一，已引起研究者的高度重視。在過去幾十年取得的眾多進展中，癌癥治療學巧妙地將精確診斷與靶向治療整合到一個空間共存的單一平臺上。與傳統(tǒng)的小分子制劑相比，納米治療平臺在實現(xiàn)治療效率最大化和脫靶毒性最小化方面具有巨大潛力。以前開發(fā)的治療系統(tǒng)顯示出各自和共同的缺點，包括診斷成像質(zhì)量不佳、治療負載和儲存穩(wěn)定性低、內(nèi)在成分的毒性和不可降解性以及生產(chǎn)復雜性。鑒于具體情況，探索具有良好生物相容性、良好的診斷影像學和治療效果的多功能納米治療平臺已成為腫瘤治療的迫切需求。
最近，唐本忠院士和深圳大學王東副教授在《Advanced Materials》上發(fā)表了題為“Aggregation‐Induced Emission Luminogens Married to 2D Black Phosphorus Nanosheets for Highly Efficient Multimodal Theranostics”的通訊，他們受聚集誘導發(fā)射（AIE）活性光敏劑和黑磷納米材料在癌癥治療中各自優(yōu)勢的啟發(fā)，展示了與二維黑磷納米片結(jié)合的新型AIE光敏劑的簡易構(gòu)建及其在多模式治療中的應(yīng)用。所開發(fā)的納米材料同時具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、良好的生物相容性、近紅外區(qū)強烈的熒光發(fā)射、高性能的活性氧生成、良好的光熱轉(zhuǎn)換效率、優(yōu)異的細胞吸收等多種特性和多種功能，并在腫瘤部位有效蓄積。體外和體內(nèi)評價均表明，所述納米成像系統(tǒng)是近紅外熒光-光熱雙成像引導協(xié)同光動力-光熱療法的一個極好的候選方案。這項研究不僅擴展了AIE和黑磷材料的應(yīng)用范圍，而且為設(shè)計新一代癌癥治療方案提供了有益的見解。
1.復合納米片的制備與性能
圖1 BP@PEG-TTPy納米片制備過程及其作為NIR FLI-PTI雙成像引導協(xié)同PDT-PTT的應(yīng)用示意圖。
NH2-PEG-TTPy的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由于具有正電荷的吡啶部分和聚乙二醇胺（PEG-NH2）片段，具有良好的水溶性。此外，其在固態(tài)下的熒光量子產(chǎn)率為10%，比水溶液（0.5%）高約20倍，顯示出典型的AIE特性。然后將NH2-PEG-TTPy嵌入黑磷（BP）表面，直接生成所需的納米材料BP@PEG-TTPy（圖1），以及以PEG-NH2為原料制備了BP@PEG納米片作為對照。
圖2 A） 樣品的Zeta電位。B–E）x射線光電子能譜BP@PEGTTPy：分別是測量、P2p、C1s和N1s光譜。BP@PEG-TTPy的F）TEM和G）AFM圖像。H） 樣品的拉曼光譜。I） 樣品的紫外-可見-近紅外光譜。J） 樣品的熒光光譜。濃度：NH2‐PEG‐TTPy（4 mg mL?1），BP@PEG-TTPy‐1（50μg mL?1的BP NSs，4 mg mL?1的NH2‐PEG‐TTPy），BP@PEGTTPy（100μg mL?1 BP納米片，4 mg mL?1 NH2‐PEG‐TTPy）和BP納米片（100μg mL?1）。激發(fā)波長：488nm。K）在808nm近紅外激光照射下，不同BP濃度的PBS中的BP@PEG-TTPy的光熱加熱曲線。L） 在PBS中BP@PEG-TTPy的光熱穩(wěn)定性，使用808 nm近紅外激光，進行5次開/關(guān)輻照循環(huán)。
BP@PEG-TTPy的光學性質(zhì)。在PBS中的BP@PEG-TTPy具有從紫外到近紅外的吸收帶。另外，其發(fā)射波段很寬，最大強度位于672nm處（圖2J）。在PBS中的BP@PEG-TTPy在808nm近紅外激光照射下顯示了濃度和功率密度相關(guān)的溫度變化行為。在較低BP@PEG-TTPy濃度（含100μg mL?1BP納米片）下輻照10min，溫度可顯著達到61℃。光熱轉(zhuǎn)換效率（η）為28.9%。在用808nm近紅外激光（1W cm?2）照射五個周期后，在循環(huán)過程中溫度沒有明顯變化，顯示出較高的光穩(wěn)定性。
在808nm近紅外激光（1W cm?2）和/或白光（WL）輻照下， NH2-PEG-TTPy和BP@PEG-TTPy（2mg mL-1）的活性氧生成在30分鐘內(nèi)分別達到753和575倍的增強（相對于純BP納米片），顯示高效活性氧生成。這是因為NH2-PEG-TTPy的重原子效應(yīng)和高的給受電子強度，賦予其更有效的系間竄越。
圖3 A）以DCFH-DA為指示劑，在白光和808nm近紅外激光照射下產(chǎn)生ROS。B） DCFH-DA檢測4T1細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生。核被Hoechst33342染色。C） 4T1細胞經(jīng)BP@PEG處理后的相對存活率，在不同BP和NH2-PEG-TTPy濃度下，使用或不使用白光（WL，24 mW cm?2）和/或808 nm NIR激光（NIR，1 W cm?2）照射10 min.*P<0.05、**P<0.01和***P<0.001。D） 4T1細胞在于BP@PEG-TTPy、LysoTracker綠和MitoTracker綠分別以預先安排的時間間隔復合染色后的CLSM成像。E、 F）白光照射5min和808nm近紅外激光照射前后線粒體形態(tài)學的變化BP@PEG-TTPy和MitoTracker綠色。G） BP@PEG-TTPy細胞內(nèi)給藥途徑與協(xié)同抗腫瘤治療。
2.實際應(yīng)用
將BP@PEG-TTPy用于光熱治療（PTT）和光動力治療（PDT）的聯(lián)合應(yīng)用。PTT和PDT聯(lián)合治療后IC50值（50%細胞死亡抑制濃度）分別測定為0.8 mg ml?1和10μg mL?1，遠低于PDT或PTT單一治療（圖3C）。此外，BP@PEG-TTPy組合指數(shù)（CI）值為0.9。這些結(jié)果表明BP@PEG-TTPy通過PDT和PTT協(xié)同治療，對癌細胞具有顯著的消融作用。孵育4h后，大量NH2-PEG-TTPy積聚在線粒體中。在白光和808nm近紅外激光同時照射5min后，線粒體由長管狀變?yōu)樾∏驙睿C實了光介導的細胞凋亡導致4T1細胞的不健康狀態(tài)（圖3F）。同時，剩下的BP納米片和NH2-PEG-TTPy作為光療劑，用于熱療和ROS誘導的溶酶體細胞凋亡（圖3G）。
BP@PEG- TTPy在體內(nèi)的應(yīng)用。BP@PEG-TTPy在腫瘤組織中可以有效積累。在雙光照射期間腫瘤部位的溫度曲線在10分鐘內(nèi)顯著升高并維持在54℃左右，這得益于BP@PEG-TTPy高效的腫瘤聚集和良好的光熱性能。因此，在BP@PEG-TTPy可在腫瘤治療過程中提供精確的指導。
圖4 荷瘤小鼠體內(nèi)顯像及抗腫瘤作用。（A）注射BP@PEG‐TTPy后小鼠的延時NIR FLI。B） 注射BP@PEG24 h后主要器官和腫瘤的體外近紅外熒光圖像.C）在808 nm近紅外激光(NIR)和白光(WL)照射下，注射BP@PEG‐TTPy的帶有腫瘤的裸鼠腫瘤區(qū)域溫度變化和相應(yīng)的紅外熱成像。D、 E）每隔一天記錄不同治療后小鼠腫瘤體積（D）和裸鼠體重（E）的變化（*P<0.05）。（D）插圖：第0天和第14天第（6）組小鼠的代表性照片。F） 在第14天，從所有組中處死的小鼠身上切除腫瘤的數(shù)碼照片。G） 不同治療組的腫瘤切片：H&E染色，有代表性的TUNEL染色圖像（藍色：DAPI和紅色：TUNEL熒光素）和CD31染色圖像（藍色：DAPI和綠色：CD31-熒光素）。
BP@PEG-TTPy的抗腫瘤作用。第6組荷瘤小鼠為BP@PEG-TTPy+白光+808nm近紅外激光治療，表現(xiàn)出最佳的抑瘤效果。第二天腫瘤完全消融，治療期間未見復發(fā)，與體外增強抗癌療效一致。此外，所有組的體重都緩慢增加，并且在治療過程中沒有小鼠死亡（圖4E），這證實了所有治療都沒有明顯的副作用。
亮點小結(jié)
綜上所述，作者首次成功地研制出了AIEgen與二維黑磷納米片相結(jié)合。該雜化納米材料具有高穩(wěn)定性和良好的生物相容性，能夠有效地產(chǎn)生活性氧，具有較強的FR/NIR熒光和良好的光熱轉(zhuǎn)換效率。這些顯著的特點使其在體外和體內(nèi)癌癥治療方面具有顯著的性能，包括NIR FLI-PTI雙成像引導協(xié)同PDT-PTT。這個成功的多模式治療的例子將為下一代癌癥治療的高效治療系統(tǒng)提供一個藍圖。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003382
