香港科技大学唐本忠&卡罗林斯卡学院Duo Yanhong:通过介入方法对原位结肠肿瘤进行耐缺氧光动力治疗的亮菌

【引言】

与作为单体存在时相比，聚集诱导发光（AIE）活性荧光团在聚集时表现出显着增强的发射率。由于其高生物相容性、高光稳定性以及与高对比度成像策略的兼容性，AIE 发光原 (AIEgens) 是一种理想的生物成像工具。 AIEgens 还通过光动力疗法 (PDT) 方法用于非侵入性癌症治疗，因为它们可以作为响应光产生活性氧 (ROS) 的来源。虽然以单体形式发射，但由于分子内运动和相关辐射衰减的限制，这些 AIEgen 在聚集时表现出强烈的照明。聚集后对非辐射 AIEgen 的有效抑制可以促进生物成像，还可以提高三重态激子的稳定性，从而推动稳健的 ROS 生成。迄今为止，已经开发了几种不同的方法来利用 AIEgens 进行靶向肿瘤 PDT。然而，使用 AIEgens 的肿瘤治疗仍然受到许多因素的限制。一方面，激光穿透深度有限，无法使用 PDT 治疗深部肿瘤并影响肝脏或结肠等组织。此外，肿瘤微环境内的缺氧会限制PDT的疗效，很少有研究证明PDT治疗缺氧肿瘤组织是成功的。因此，显然需要开发更多的基于 AIEgens 的肿瘤治疗平台。

【成果简介】

虽然很有前景，但基于聚集诱导发射 (AIE) 的光动力疗法 (PDT) 的功效受到多种因素的限制，包括激光穿透深度有限和瘤内缺氧。香港科技大学唐本忠&卡罗林斯卡学院Duo Yanhong开发了一种新的基于细菌的 AIEgen (TBP-2) 混合系统 (AE)，能够通过介入方法促进原位结肠肿瘤的耐缺氧 PDT 治疗。对于这种方法，最初设计了一种介入装置，由光纤和内窥镜组成，可以清晰地显示腹腔内原位肿瘤的位置。然后有可能通过激光照射对这种缺氧肿瘤进行成功的 PDT 治疗，因为 TBP-2 能够通过这种缺氧微环境中的 I 型机制产生羟基自由基 (•OH)。此外，这种介入方法被证明可以显着损害原位结肠癌的生长并克服 PDT 缺陷。该成果以题为“Bright Bacterium for Hypoxia-Tolerant Photodynamic Therapy Against Orthotopic Colon Tumors by an Interventional Method”发表在Adv. Sci.上。

【图文导读】

图1.细菌的成像与治疗

A-B)大肠杆菌和 AE 的 TEM 图像

C)AE 的荧光图像，表明 TBP-2 成功加载到这些细菌中

D)大肠杆菌、AE 和 TBP-2 的吸收光谱

E)不同大肠杆菌群体中的 TBP-2 水平

F)TBP-2 介导的 •OH 生成，通过 ESR 使用/不使用白色激光激发

G)在 WL 激发下与指定配方相关的 1O2 生成引起的 ABDA 分解速率

H)在 WL 激发下由与指定配方相关的 •OH 生成引起的 TA 分解速率

I)不同光照条件下TBP-2对大肠杆菌的抑菌效果评价

图2.细胞的治疗

A)指定治疗后的 CT26 细胞荧光图像

B)在常氧或缺氧条件下进行指定处理后观察肿瘤细胞 DCFH-DA 荧光图像

C-D)在常氧或缺氧条件下，用不同 TBP-2 浓度的 PBS、L、AE 或 AE+L 处理的 CT26 肿瘤细胞的活力

图3.体内成像

A-B)在 AE 或 AP 注射后 24 小时，携带原位 CT26 肿瘤的小鼠体内收集的肿瘤组织和器官的离体图像和辐射效率

C)AE 与缺氧区域共定位的荧光可视化

D)图 3C 中标记的缺氧区域内沿红线的 PIMO 和 TBP-2 荧光分布曲线

图4.小鼠的体内治疗

A)开发由内窥镜和光纤组成的介入装置

B)携带原位 CT26 肿瘤的小鼠进行介入性 PDT 的图像

C)腹腔内原位肿瘤位置，如通过内窥镜观察

D)指定治疗组中切除的原位 CT26 肿瘤的图像

E-F)在携带原位 CT26 肿瘤的小鼠中进行指定治疗后的肿瘤体积和体重曲线

G)来自指定治疗组小鼠的代表性 TUNEL 和 Ki-67 染色肿瘤切片

【小结】

这个工作设计了一种新型的基于细菌的混合 AIEgen 系统，该系统能够通过介入方法促进原位结肠肿瘤的耐缺氧 PDT 治疗。这种针对缺氧的 AE 用于将 TBP-2 特异性递送到肿瘤内的缺氧区域，然后使用新型介入治疗系统进行激光照射介导的 PDT。通过这种方法，肿瘤内的 TBP-2 能够作为 PS 并因此在响应激光照射的缺氧条件下通过 I 型机制产生 •OH。这种方法足以抑制原位结肠肿瘤的生长并克服与 PDT 相关的许多限制。这也是第一项采用介入式 PDT 治疗深部肿瘤的研究，这个方法可以作为其他治疗方式的补充提供价值，为开发额外的混合 AIEgen 系统提供新的途径。未来，作者将继续设计更先进的基于 AIEgen 的系统，以更好地提高这些 AIEgen 的临床实用性。

文献链接：Bright Bacterium for Hypoxia-Tolerant Photodynamic Therapy Against Orthotopic Colon Tumors by an Interventional Method. Adv. Sci., 2021, DOI:10.1002/advs.202004769

本文由材料人学术组tt供稿，材料牛整理编辑。