大家好，為大家介紹一篇2020年發表在《ACS Nano》的文章，題目為「Hybrid Nanospheres toOvercome Hypoxiaand Intrinsic Oxidative Resistance forEnhancedPhotodynamic Therapy」。本文報導了一種配位驅動的聚集誘導發光（AIE）光敏劑和Bcl-2抑制劑自組裝納米平臺，用於緩解腫瘤缺氧和克服光動力治療耐受性。本文的通訊作者是新加坡國立大學劉斌教授，研究興趣為共軛聚合物發光材料、聚集誘導發光材料在生物醫學中的應用。
課題組主頁：http://cheed.nus.edu.sg/stf/cheliub/
光動力治療（PDT）作為一種非侵入的治療模式，在腫瘤臨床治療具有較大潛力。PDT的基本原理是光敏劑在雷射照射下可產生活性氧（ROS）,而ROS對腫瘤細胞可形成氧化損傷，進而造成細胞凋亡和血管破壞，最終清除病灶。然而，目前PDT療效受制於多種因素，包括傳統光敏劑的聚集螢光淬滅效應（ACQ），腫瘤部位缺氧微環境和固有氧化耐受。因此，如何提高PDT療效成為一個亟需解決的問題。
作者設計並開發了一種由聚集誘導發光（AIE）光敏劑，Bcl-2抑制劑和Fe3+組成的納米材料，通過金屬配位驅動自組裝形成無載體納米球，其中各組分的作用如下（Figure 1）：1. AIE光敏劑：用於克服傳統光敏劑的聚集螢光淬滅效應（ACQ），提高光敏劑產生活性氧（ROS）的能力；2. Bcl-2抑制劑：PDT產生的氧化應激會使腫瘤細胞過表達抗凋亡蛋白（如Bcl-2），從而提高腫瘤部位穀胱甘肽（GSH）濃度，GSH能與ROS相互作用，最終產生PDT耐受性；因此，使用Bcl-2抑制劑能避免形成PDT耐受；3. Fe3+：通過芬頓反應誘導生成ROS和O2，從而緩解腫瘤缺氧微環境。Figure 1 Chemical structure of TPEDCC, sabutoclax, and the formation of hybrid nanospheres. Schematic representation of the hybrid nanospheres taken up bytumor cells, Fe3+-activated Fenton reaction to increaseintracellular O2 concentration. Upon laser irradiation at 410 nm, TPEDCC produces ROS at low intracellular PDT resistance mitigated by sabutoclax.
1. 材料表徵：根據該課題組之前的工作設計TPEDCC的合成路線，採用「一鍋法」製備無載體納米球，尺寸為50 ± 2.6nm；通過 XPS和HAADF-STEM證明Fe3+成功配位（Figure 2）。
Figure 2 (A) TEM image and size distribution analysis, (B) fluorescence spectrum of TPEDCC and a nanosphere, (C) Fe 2p XPS spectrum of a nanosphere, and (D) HAADF-STEMimage of hybrid nanospheres, along with the corresponding EDS element maps ofC, N, O, and Fe.
2.增強PDT機制探討： MDA-MB-231細胞經無載體納米球雷射照射處理後，鐵死亡生物標記物GPX4明顯下調（Figure5），隨後細胞氧化應激增強，細胞中GSH含量下降，PDT療效得以放大。
Figure 5 (A) Western blot analysis of ferroptosis related protein (XCT andGPX4) in MDAMB-231 cells after cells being treated by hybrid nanospheres with or without laser irradiation, respectively. (B)(C) Quantification of thewestern blot band densities. The statistical significance level is ***P <0.001.
3. 體內PDT實驗：建立MDA-MB-231荷瘤小鼠模型評價該納米體系的抗腫瘤效果。結果表明，無載體納米球聯合雷射照射組治療效果最好，腫瘤生長几乎完全被抑制（Figure 7 A）。此外，通過檢測缺氧誘導因子（HIF-1α）的表達驗證了該納米平臺在動物水平緩解缺氧的作用（Figure7 C）。
Figure 7 (A) Tumorvolume change after PBS, TPEDCC (10 mg kg-1, 200 μL), and nanosphere(10 mg kg-1 based on TPEDCC, 200 μL) treatment with or without laser irradiation (410 nm) in nude mice bearing MDA-MB-231, ***P < 0.001, demonstrated the statistical significance level. (B) Body weight changes of nude mice aftertreatment. Data are shown as average value ± standard error (n = 5). (C) H&Eassay of tumor tissues, TUNEL assay of the tumor tissues. Green: apoptosis cellstained by TUNEL detection kit. Blue: cell nuclei stained by DAPI. Immunofluorescencestaining for HIF-1α expression level assays. Green: HIF-1α. Blue: DAPI-stainedcell nuclei. The scale bar is 100 μm.
綜上所述，作者開發了一種由Fe3+，AIE光敏劑和Bcl-2抑制劑組成的無載體雜化納米平臺。該納米平臺通過緩解腫瘤缺氧，避免螢光淬滅，克服光動力耐受，啟動鐵死亡等過程有效抑制腫瘤的生長。此類多功能納米平臺為腫瘤光動力治療提供了新思路。原文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b09032
撰稿人：劉春陽 廈門大學材料學院生物醫學工程專業碩士研究生，主要從事抗腫瘤藥物控緩釋相關研究。