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(xué)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(fù)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(xué)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)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(xué)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(yù)先安排的時間間隔復(fù)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(xué)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(dǎo)的細胞凋亡導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)。
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(fù)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(dǎo)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
