第一作者：Hong Liu，Xuhua Duan
通讯作者：Bingjie Li，Peng Peng
通讯单位：Zhengzhou University
研究内容：
金属纳米团簇在放射增强治疗等临床应用中具有广阔的应用前景。然而，纳米尺寸产生的高表面能不可避免地会导致严重的聚集性和较差的生物相容性。在此，我们报道了Pt纳米团簇封装在可溶性多孔有机笼中，其中包含可访问的离散腔(Pt-in-(HR)CC3)。不同于化学保护会扰乱纳米团簇的尺寸分布并降低其性能，物理限制使Pt-in-(HR)CC3具有均匀分布的Pt纳米团簇(~1.7 nm)和增强的溶解性。此外，Pt-in-(HR)CC3证明了低毒性和放疗增敏的短期和长期抗癌作用的优越性能。机制研究表明，Pt-in-(HR)CC3可促进活性氧的生成，抑制癌细胞迁移，诱导癌细胞凋亡。该战略提供了一个将生物医学领域与复杂材料化学结合起来的总体思路。
要点一：
作者通过之前的研究制备了多孔有机笼CC3，CC3的结构通常是疏水的，这限制了金属种类的选择和生物性能。如图1a所示，为了获得更好的封装和应用，得到CC3被还原，然后被盐酸质子化(称为(R)CC3和(HR)CC3促进电荷密度，提高与金属离子的相容性。随后，加入K2PtCl4并被带正电荷的笼捕获，然后用NaBH4还原制备辐射敏感的Pt-in-(HR)CC3。作者通过XRD观察了合成过程中的结构转变，得到的CC3具有明确的晶体结构，这与单晶数据的计算结果很一致，并与许多报道的工作相比较(图1b)。 (FTIR)表明，铂纳米团簇经过质子化和包埋后，笼状结构保持良好(图1c)。Pt的XPS光谱显示(图1d) Pt 4f 7/2和Pt 4f 5/2两个不同的自旋轨道对，表明Pt纳米团簇的成功形成。
要点二：
作者在放疗前进行细胞计数试剂盒8 (cell counting kit-8, CCK8)试验，评价Pt-in-(HR)CC3的生物安全性。为了检测Pt-in-(HR)CC3的毒性，作者使用人乳腺癌细胞(MDA-MB-468)作为模型，使用CCK-8检测试剂盒评估细胞反应。将MDA-MB-468细胞株与不同浓度的Pt-in-(HR)CC3一起培养24小时。如图2a所示，Pt-in-(HR)CC3与乳腺癌细胞MDA-MB-468在25 μ g mL−1以下表现出弱毒性。可溶性笼状包膜的铂纳米团簇具有显著增强的溶解性和生物相容性。结合铂对放射性射线的作用，Pt-in-(HR)CC3在肿瘤强化放疗治疗中具有广阔的应用前景。作者测试了Pt-in-(HR)CC3的短期和长期抗癌效果。流式细胞术中(图2b)，仅用RPMI 1640培养的MDA-MB-468细胞株的凋亡率为1.79%，而暴露于(4 Gy)辐照后的MDA-MB-468细胞的凋亡率为6.64%。此外，作者还进行了菌落形成实验来观察其长期的抗癌作用(图2c)。结果表明经Pt-in-(HR)CC3联合放射治疗(4Gy)后，MDA-MB-468乳腺癌细胞克隆数减少，表明MDA-MB-468具有长期有效的抗癌作用。Pt-in-(HR)CC3的辐射毒性增强，证明铂封装在POC中可产生辐射增敏剂的作用。
要点三：
根据流式细胞仪检测结果，可以推断Pt-in-(HR)CC3的增强放疗作用是诱导癌细胞凋亡。为了深入了解其作用机制，作者对放射治疗癌症进行了癌细胞transwell试验。在测试过程中，迁移能力较强的癌细胞更容易从被膜上层(RPMI 1640)穿过被膜到下层(胎牛血清(FBS)浓度较高)。如图3a所示，在纯RPMI 1640培养的情况下，无论暴露于辐射还是不暴露于辐射，大量癌细胞都能跨膜，每张图分别有48个和145个细胞能跨膜。即使添加Pt-in-(HR)CC3(每次检测浓度为20 μg mL−1)，细胞仍能在辐射时穿过细胞膜。在Pt-in-(HR)CC3的系统中，一旦引入6 Gy的辐射，大多数癌细胞失去了跨膜能力(21个细胞/次)，说明Pt-in-(HR)CC3能有效提高放疗效率，抑制癌细胞的迁移能力。这一结果也得到了伤口愈合试验的支持(3b)，用Pt-in-(HR)CC3培养20μg mL−1的MDA-MB-468细胞株，应用6 Gy照射前创面愈合率为46.27%。在照射(6 Gy)后，该比率增加到22.20%。仅用RPMI 1640培养的对照组，MDA-MB-468细胞株在有6 Gy，没有6 Gy照射下创面愈合率分别为48.77%和32.63%。创口愈合率显著提高，进一步证实了Pt-in-(HR)CC3能增强放疗对癌细胞迁移的抑制作用。同时，Pt-in-(HR)CC3也能促进活性氧(ROS)的生成，并在辐射照射下对癌细胞造成损伤。如图3c所示，该探针没有检测到对照组癌细胞产生任何ROS，而少量的单纯Pt-in-(HR)CC3治疗组和6 Gy放疗组均能检测到ROS。
图1：(a) Pt-in-(HR)CC3的合成图。(b) (R)CC3、(HR)CC3和Pt-in-(HR)CC3的PXRD图。 (c) (R)CC3、(HR)CC3和Pt-in-(HR)CC3的FTIR图。(d)Pt的XPS图。
图2:Pt-in-(HR)CC3对癌细胞的毒性和辐射增敏作用。(a) Pt-in-(HR)CC3的细胞毒性和细胞变异性随浓度的变化。(b) Pt-in-(HR)CC3在肿瘤细胞系短期放疗增强中显示细胞凋亡效应。(c) 不同处理的细胞集落形成实验的代表性图像。
图3：Pt-in-(HR)CC3增强癌细胞放疗的机制。(a) Transwell化验。在辐射作用下，Pt-in-(HR)CC3抑制癌细胞的细胞迁移。(b) 伤口愈合实验证实，Pt-in-(HR)CC3通过抑制肿瘤细胞在辐射下的迁移来增强放射治疗效果。(c) 细胞产生ROS，证明Pt-in-(HR)CC3在辐射下显著增加ROS的产生。
参考文献
H. Liu, X. Duan, Y. k. Lv, L. Zhu, Z. Zhang, B. Yu, Y. Jin, Y. Si, Z. Wang, B. Li, Encapsulating metal nanoclusters inside porous organic cage towards enhanced radio-sensitivity and solubility, Chem. Eng. J., (2021) 130872.
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