Adv. Mater.：一維配位聚合物納米纖維用于低溫光熱治療

【引言】

近年來，采用光吸收劑在近紅外（NIR）光下產生高溫消除腫瘤的光熱治療（PTT）法引起了人們的廣泛關注。由于光的穿透能力有限，無法向大腫瘤內部提供足夠熱量，以致經過PTT后仍有殘余腫瘤細胞存活并擴散到其他器官。但另一方面，由于激光誘導的非特異性加熱與熱擴散現象的存在，強激光在破壞腫瘤的同時可能導致腫瘤附近正常器官被灼傷。因此，在低溫加熱下有效破壞腫瘤的PTT方法在光學癌癥治療方法的未來臨床轉化具有重要價值。作為一種新興多孔材料，納米級金屬有機骨架（NMOF）及可生物降解的納米配位聚合物（NCP）因其結構多樣性與化學多樣性、明確的尺寸和形狀在生物醫學領域受到廣泛關注。盡管存在更簡單的制備具有可控形態的1D-NCP的方法，但我們對1D-NCP在納米醫學領域中的應用尚未充分了解。

【成果簡介】

近日，蘇州大學劉莊教授、徐來副教授和澳門大學陳美婉助理教授（共同通訊作者）等人在Advanced Materials上發表題為“1D Coordination Polymer Nanofibers for Low-Temperature Photothermal Therapy”的文章，論文中通過一個簡單方法合成了聚乙二醇改性（PEGylated）一維納米尺度配位聚合物（1D-NCPs）。以Mn²⁺／靛青綠（IGC）為例，在輕度近紅外（NIR）觸發加熱下，這種Mn-ICG@pHis-PEG／GA 能有效誘導腫瘤細胞凋亡，實現低溫光熱治療（約43°C）。這項工作開發了一種制備具有腫瘤特異性、pH響應性和治療診斷功能的PEGylated 1D-NCPs的方法，并提出一種獨特的低溫PTT方法，通過高效和微創的方式殺死腫瘤。

【圖文導讀】

圖1：一維PEGylated NCPs的制備與表征。

（a）一維PEGylated NCPs的一步合成方法示意圖；

（b）一維PEGylated NCPs的高角度環形暗場掃描投射電鏡（HAADF-STEM）圖像，（b）中插入圖片為放大的TEM圖像；

（c）一維PEGylated NCPs的STEM圖像；

（d）Mn-ICG@pHis-PEG的電子衍射圖；

（e）Ca-ICG@pHis-PEG的TEM圖像；

（f）Co-ICG@pHis-PEG的TEM圖像；

（g）Mn-ICG在不同溶液（甲醇和水）中的TEM圖像；

（h）Mn-ICG@pHis-PEG在不同溶液中的TEM圖像；

（i-j）3D-NCP（i）和1D-NCP（j）的3D結構（左）、放大結構（中）和詳細化學結構（右）。在（i）和（j）中，Mn為綠色，C為灰色，O為紅色，S為黃色，N為藍色。

圖2：Mn-ICG@pHis-PEG的pH響應性質。

（a）在pH為7.4、6.5或5.5的PBS中孵育不同時間后，Mn-ICG@pHis-PEG的TEM圖像；

（b）在pH為5.5至8.0的PBS中孵育后，Mn-ICG@pHis-PEG的表面電荷變化；

（c）在pH為6.5或7.4下，將4T1細胞與RITC標記的Mn-ICG@pHis-PEG共同孵育2小時后的4T1細胞共聚焦熒光圖像；

（d）采用流式細胞術分析技術，分析不同pH值下細胞對RITC標記的MnICG@pHis-PEG的吸收情況；

（e）由細胞計數分析得出的定量平均熒光強度。細胞對Mn-ICG@pHis-PEG的攝取在低pH下會增強。（e）中的P值通過Tukey檢驗（***P<0.001，**P<0.01或*P<0.05）計算。

圖3：GA加載的NCPs在相對較低的溫度下進行熱療和光熱療（PTT）。

（a）用Mn-ICG@pHis PEG/GA抑制Hsp90以克服細胞耐熱性的示意圖；

（b）43℃下，4T1細胞在4種不同濃度游離GA和NCPs/GA中培養不同時間后的相對存活率，及隨后在37℃培養孵育17小時后的相對存活率；

（c）將Annexin V-FITC、PI成年4T1細胞在游離GA、NCPs和NCPs/GA分別經過或不經過加熱處理（43℃）的環境中孵育1小時，再在37℃下培養5小時后獲得的流式細胞術數據；

（d）Western印跡圖像；

（e）以GADPH作內標量化經過不同治療的4T1細胞細胞分裂物中Hsp90的表達水平；

（f）在功率密度為0.3 W/cm^-2的情況下，4T1細胞在游離GA、NCPs和NCPs/GA中孵育并經過/不經過808 nm激光照射40 min后細胞的相對存活率。

（b）和（f）中的P值通過Tukey檢驗（***P<0.001，**P<0.01或*P<0.05）計算。

圖4：體內低溫光熱療法。

（a）攜帶4T1腫瘤的小鼠的紅外圖像。往小鼠體內注入PBS、NCPs或NCPs/GA后，將其置于波長為808 nm、強度為0.3 W/cm^-2的激光下照射，照射時間持續20分鐘；

（b）腫瘤溫度隨紅外熱成像時間（天數）的變化；

（c）經處理的小鼠的腫瘤體積增長曲線。腫瘤經近紅外激光（808 nm, 0.3 W/cm^-2）照射20分鐘。（c）中的P值通過Tukey檢驗（***P<0.001，**P<0.01或*P<0.05）計算；

（d）處理14天后，從各組小鼠收集的腫瘤照片：經綜合治療的小組中，5個腫瘤中有2個完全消失，其余3個腫瘤經Mn-ICG@pHis-PEG/GA低溫光熱治療14天后尺寸變得非常小；

（e）經各種處理2天后，從小鼠身上收集的經H＆E染色的腫瘤的切片。

圖5: NCPs/GA低溫細胞凋亡光熱療法的體內機制研究。

（a）經各種處理2天后，從小鼠身上收集的經TUREL染色的腫瘤切片；

（b）從小鼠身上收集的，注射有NCPs或NCPs/GA的4T1腫瘤細胞經過/不經過激光（808 nm, 0.3 W/cm^-2）照射20分鐘后，與Annexin V-FITC、PI在4℃下染色30分鐘，用流式細胞術對其進行分析；

（c）通過免疫熒光染色方法測定小鼠腫瘤中的Hsp90表達（經各種方法處理24小時后）；

（d）經特定處理24小時后，小鼠4T1腫瘤裂解物的蛋白質印跡數據。用GADPH做內標，定量測定Hsp90的相對表達水平。

【小結】

與先前報道的合成一維NCP的方法相比，本文通過一步法反應和相轉移構建聚乙二醇化一維NCP。此方法簡單易行，適用于不同類型的金屬離子。此研究中提出的一維NCP對腫瘤內微弱的pH降低有響應，從而直接提高了靶向效率和特異性。此外，這項研究通過加載有NCP的GA抑制Hsp90（與耐熱性相關的蛋白質）的表達，而不是采用（超過50℃）光熱加熱產生的高溫破壞腫瘤，實現了低溫加熱誘導癌細胞有效凋亡。這種方法對減少正常器官的非特異性加熱有利，且對大型腫瘤的光熱治療更加可行。與之前報道的無機納米粒子的光熱誘導劑不同，這種一維NCP具有生物降解性并可被腎臟排泄，使納米顆粒的長期毒性問題得到緩解，有助于未來在臨床實驗中應用。

文獻鏈接：1D Coordination Polymer Nanofibers for Low-Temperature Photothermal Therapy
(Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201703588)

本文由材料人編輯部新人組高慧編譯，雪琰審核，點我加入材料人編輯部。

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