CCS Chemistry | 聚吡啶酮衍生物+MOF,單線態氧「儲存器」用於光...

2020-11-25 澎湃新聞

以下文章來源於CCSChemistry ，作者CCS Chemistry

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武漢大學張先正教授課題組將聚合物和金屬有機骨架材料（MOF）結合，設計了一種單線態氧「儲存器」（PLP），用於儲存並將其在體內腫瘤部位釋放，釋放過程不依賴氧氣和光照且持續性好。在實體瘤和肺轉移瘤的腫瘤抑制實驗中，PLP均表現出了良好的治療效果。

光動力學治療（PDT）依靠光敏劑在光照下將氧氣（O2）轉化為具有殺傷作用的單線態氧（1O2）來治療腫瘤。然而，體內PDT的治療效果並不理想，主要原因有以下幾點：1）腫瘤組織的乏氧環境使得可以利用的氧氣濃度不足；2）光敏劑需要光照才能發揮作用，然而光在體內的穿透深度卻阻礙著光敏劑產生1O2的實際效果。此外， 1O2的半衰期很短（3.5 µs），導致PDT在大量耗費O2的同時治療距離卻很短，極大限制了其在腫瘤治療中的應用。

圖1. 單線態氧「儲存器」PLP的合成路線（a）和腫瘤治療機制（b）

為了解決以上PDT過程中的問題，武漢大學張先正教授課題組將聚合物和金屬有機骨架材料（MOF）結合，設計了一種單線態氧「儲存器」（PLP），用於儲存1O2並將其在體內腫瘤部位釋放。在該研究中，可以儲存1O2的吡啶酮甲基丙烯酸酯衍生物（mPYR）裝載在納米卟啉MOF（porphyrin-nMOF）中，隨後將mPYR聚合，得到裝載吡啶酮聚合物（poly-mPYR）的porphyrin-nMOF（PLP）（圖1a）。

吡啶酮及其衍生物是一類可以通過Diels-Alder反應快速高效地捕獲1O2形成分子內過氧鍵的分子。而且，該反應是可逆的。對於mPYR來說，形成分子內過氧鍵後，在體溫（37 ℃）下可逆反應可以較快地發生，同時釋放出1O2（圖2a）。在體外光照下，PLP中的吡啶酮可以快速地捕獲由porphyrin-nMOF產生的1O2，並在體內緩慢釋放從而誘導腫瘤細胞凋亡。PLP體內釋放1O2的過程不依賴氧氣和光照，並且可以在數小時內持續釋放1O2（圖1b）。

圖2. mPYR捕獲和釋放1O2原理與PLP釋放1O2研究

作者利用紫外吸收光譜變化來研究mPYR捕獲1O2的過程，結果表明mPYR可以在約10 min內迅速地捕獲1O2（圖2b）。作者同時利用1O2特異性探針1，3-二苯基異苯並呋喃（DPBF）研究經過預光照後PLP（PLP + hν）釋放1O2的能力，結果顯示PLP + hν 可以在12小時內持續釋放1O2（圖2c）。將PLP + hν與細胞共培養，並使用細胞內活性氧（ROS）探針2',7'-二氯螢光素（DCFH）檢測細胞內的氧化水平結果也表明PLP + hν釋放1O2可以在細胞內進行（圖2d）。以上結果表明PLP具有良好的1O2捕獲和釋放能力。

圖3. PLP對於實體瘤的治療結果

作者進一步評估了PLP對不同腫瘤模型的治療效果。在針對小鼠實體瘤的治療中，PLP表現出良好的抑制腫瘤生長的能力（圖3）。在隨後的肺轉移瘤治療實驗中，為了更好地靶向肺部轉移灶，PLP被包裹了一層可以靶向肺轉移瘤的巨噬細胞膜以達到更好的靶向效果。小鼠肺轉移瘤生物發光成像、肺部成像以及切片結果均表明經過預光照並且包裹了巨噬細胞膜的PLP（PLP + hν@M）對肺轉移瘤有明顯的抑制效果（圖4）。

圖4. PLP@M對肺轉移瘤的治療效果

該工作以research article 的形式發表在CCS Chemistry，並在官網「Just Published」欄目上線。

文章詳情：

A Singlet Oxygen Reservoir Based on Poly-Pyridone and Porphyrin Nanoscale Metal–Organic Framework for Cancer Therapy

Bo-Ru Xie, Chu-Xin Li, Yun Yu, Jin-Yue Zeng, Ming-Kang Zhang, Xiao-Shuang Wang, Xuan Zeng & Xian-Zheng Zhang*

Citation：CCS Chem. 2020, 2, 1187–1202

文章連結：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000201

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原標題：《CCS Chemistry | 聚吡啶酮衍生物+MOF，單線態氧「儲存器」用於光動力腫瘤治療》

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