第一作者：Jianzhi Zhu、Tingting Xiao

通讯作者：史向阳、Jan C. M. van Hest

通讯单位：东华大学、埃因霍芬理工大学

研究内容： 

光动力疗法(PDT)由于其对时间和空间的控制，可提供局部治疗，已成为传统全身癌症治疗的替代肿瘤治疗方法。它需要三种本质上无毒的元素:光、氧(O₂)和光敏剂(PS)。在光线照射下，PS可以转换O₂为单线氧，并诱导的邻近(<0.2 μm)生物大分子(包括DNA、蛋白质和膜)的不可逆氧化，从而导致本征生理代谢功能紊乱。然而，PDT的治疗效果受到以下因素的严重影响:(1)非特异性PS积累，(2)增殖诱导的缺氧肿瘤微环境，(3)抗氧化谷胱甘肽产生的单线氧的减弱作用。因此，本文由埃因霍芬理工大学Jan C. M. van Hest和东华大学史向阳等人提出了一种智能多功能协同纳米平台(CMGCC)，用于T₁加权磁共振成像引导的增强PDT。这项研究表明这是一个很有前途的协同治疗纳米平台，具有高效的PDT性能的癌症治疗。

要点一： 

提出了一种智能多功能协同纳米平台(CMGCC)，用于T₁加权磁共振成像引导的增强PDT，该平台由过氧化氢酶(CAT)和二氧化锰(MnO₂)组成的纳米颗粒集成在Ce6修饰的乙二醇壳聚糖(GC)聚合物胶束中。

要点二：

在该体系中，(1)pH敏感的表面电荷由中性向正电荷转换的GC聚合物可以改善肿瘤区域内PS的积累，(2)CAT可以通过催化内源性过氧化氢生成O₂，有效地对缺氧的肿瘤进行复氧，(3) MnO₂可以消耗细胞内GSH，同时产生Mn²⁺作为T₁加权MR成像的造影剂。CMGCC颗粒粒径分布均匀，结构清晰，酶活性良好，产生单线氧能力强。体外和体内实验都证明了这一点。

图1：开发的多功能CMGCC纳米团簇的治疗功能示意图，由过氧化氢酶稳定的二氧化锰纳米颗粒与Ce6 -偶联乙二醇壳聚糖胶束组成。

图2: (A) CMGCC纳米团簇形成的合成路线。(B) CM纳米颗粒在水中的水动力粒径分布及相关系数(插图)。(C) CM纳米粒子的TEM图像和尺寸分布直方图(插图)。(D) CAT、CM、Ce6、GCC和CMGCC的紫外-可见光谱。(E) CMGCC纳米团簇在水中的水动力粒径分布和相关系数(插图)。(F)的TEM图像和尺寸分布直方图(插图)。(G) H₂O₂溶液(λ = 240nm)与CAT、BM、BMGCC、CM、CMGCC共孵育4min的紫外吸收变化及CM和CMGCC的相对酶活性。(H) SOSG在Ce6、GCC、BMGCC和[Ce6] = 5 μg/mL， [SOSG] = 5 μM， [H2O2] = 100 μM)。(I)在不存在或存在谷胱甘肽([Ce6] = 5 μg/mL， [SOSG] = 5 μM， [GSH] = 5 mM)的Ce6、GCC、BMGCC和CMGCC溶液中SOSG的归一化荧光。(J)存在或不存在Mn浓度不同的CMGCC伪彩色T₁加权MR图像。

图3：(A)在没有激光照射的情况下，不同浓度的Ce6、GCC、BMGCC和CMGCC处理HeLa细胞在生理pH 7.4下的细胞活力。(B)在pH值6.5下，不同Ce6浓度Ce6、GCC、BMGCC和CMGCC处理HeLa细胞在无激光照射下的细胞活力。(C) Ce6、GCC处理HeLa细胞的细胞活力在pH为7.4的条件下，在100 mW/cm²的激光照射下，不同Ce6浓度的CMGCC。(D)不同浓度Ce6、GCC、BMGCC和CMGCC处理的HeLa细胞在pH值6.5、激光照射(100 mW/cm²)下的细胞活力, 5分钟)。(E)在pH 7.4和6.5条件下，用Ce6、GCC、BMGCC和CMGCC ([Ce6] = 0.5 μg/mL)孵育的HeLa细胞的CLSM图像。比例尺= 50 μm。(F) Ce6、GCC、BMGCC处理的HeLa细胞的Ce6荧光定量FACS分析CMGCC ([Ce6] = 0.5 μg/mL)。 (G) HeLa细胞内CMGCC细胞内定位的CLSM图像([Ce6] = 2)μg / mL)。细胞核、线粒体和溶酶体分别用Hoechst、Mitotracker和Lysotracker，Scale bar = 50 μm)。

图4：用660 nm (100 mW/cm²)激光照射Ce6、GCC、BMGCC和CMGCC ([Ce6] = 0.5 μg/mL)处理3D MCSs后的CLSM图像pH值7.4和6.5时)。

图5：(A)移植HeLa肿瘤裸鼠在注射CM和CMGCC ([MnO₂] = 4.2 mg/kg)前后不同时间点的体内假彩色T₁加权MR图像。(B)注射CM和CMGCC ([MnO₂] = 4.2 mg/kg)后不同时间点肿瘤区域的MR信号强度比(SIR)分析。(C)不同处理后的肿瘤切片免疫荧光染色图像。

参考文献

J. Zhu, T. Xiao, J. Zhang, H. Che, Y. Shi, X. Shi, J.C.M. van Hest, Surface-Charge-Switchable Nanoclusters for Magnetic Resonance Imaging-Guided and Glutathione Depletion-Enhanced Photodynamic Therapy, ACS Nano, 14 (2020) 11225-11237.