Adv. Mater.：一维配位聚合物纳米纤维用于低温光热治疗

【引言】

近年来，采用光吸收剂在近红外（NIR）光下产生高温消除肿瘤的光热治疗（PTT）法引起了人们的广泛关注。由于光的穿透能力有限，无法向大肿瘤内部提供足够热量，以致经过PTT后仍有残余肿瘤细胞存活并扩散到其他器官。但另一方面，由于激光诱导的非特异性加热与热扩散现象的存在，强激光在破坏肿瘤的同时可能导致肿瘤附近正常器官被灼伤。因此，在低温加热下有效破坏肿瘤的PTT方法在光学癌症治疗方法的未来临床转化具有重要价值。作为一种新兴多孔材料，纳米级金属有机骨架（NMOF）及可生物降解的纳米配位聚合物（NCP）因其结构多样性与化学多样性、明确的尺寸和形状在生物医学领域受到广泛关注。尽管存在更简单的制备具有可控形态的1D-NCP的方法，但我们对1D-NCP在纳米医学领域中的应用尚未充分了解。

【成果简介】

近日，苏州大学刘庄教授、徐来副教授和澳门大学陈美婉助理教授（共同通讯作者）等人在Advanced Materials上发表题为“1D Coordination Polymer Nanofibers for Low-Temperature Photothermal Therapy”的文章，论文中通过一个简单方法合成了聚乙二醇改性（PEGylated）一维纳米尺度配位聚合物（1D-NCPs）。以Mn²⁺／靛青绿（IGC）为例，在轻度近红外（NIR）触发加热下，这种Mn-ICG@pHis-PEG／GA 能有效诱导肿瘤细胞凋亡，实现低温光热治疗（约43°C）。这项工作开发了一种制备具有肿瘤特异性、pH响应性和治疗诊断功能的PEGylated 1D-NCPs的方法，并提出一种独特的低温PTT方法，通过高效和微创的方式杀死肿瘤。

【图文导读】

图1：一维PEGylated NCPs的制备与表征。

（a）一维PEGylated NCPs的一步合成方法示意图；

（b）一维PEGylated NCPs的高角度环形暗场扫描投射电镜（HAADF-STEM）图像，（b）中插入图片为放大的TEM图像；

（c）一维PEGylated NCPs的STEM图像；

（d）Mn-ICG@pHis-PEG的电子衍射图；

（e）Ca-ICG@pHis-PEG的TEM图像；

（f）Co-ICG@pHis-PEG的TEM图像；

（g）Mn-ICG在不同溶液（甲醇和水）中的TEM图像；

（h）Mn-ICG@pHis-PEG在不同溶液中的TEM图像；

（i-j）3D-NCP（i）和1D-NCP（j）的3D结构（左）、放大结构（中）和详细化学结构（右）。在（i）和（j）中，Mn为绿色，C为灰色，O为红色，S为黄色，N为蓝色。

图2：Mn-ICG@pHis-PEG的pH响应性质。

（a）在pH为7.4、6.5或5.5的PBS中孵育不同时间后，Mn-ICG@pHis-PEG的TEM图像；

（b）在pH为5.5至8.0的PBS中孵育后，Mn-ICG@pHis-PEG的表面电荷变化；

（c）在pH为6.5或7.4下，将4T1细胞与RITC标记的Mn-ICG@pHis-PEG共同孵育2小时后的4T1细胞共聚焦荧光图像；

（d）采用流式细胞术分析技术，分析不同pH值下细胞对RITC标记的MnICG@pHis-PEG的吸收情况；

（e）由细胞计数分析得出的定量平均荧光强度。细胞对Mn-ICG@pHis-PEG的摄取在低pH下会增强。（e）中的P值通过Tukey检验（***P<0.001，**P<0.01或*P<0.05）计算。

图3：GA加载的NCPs在相对较低的温度下进行热疗和光热疗（PTT）。

（a）用Mn-ICG@pHis PEG/GA抑制Hsp90以克服细胞耐热性的示意图；

（b）43℃下，4T1细胞在4种不同浓度游离GA和NCPs/GA中培养不同时间后的相对存活率，及随后在37℃培养孵育17小时后的相对存活率；

（c）将Annexin V-FITC、PI成年4T1细胞在游离GA、NCPs和NCPs/GA分别经过或不经过加热处理（43℃）的环境中孵育1小时，再在37℃下培养5小时后获得的流式细胞术数据；

（d）Western印迹图像；

（e）以GADPH作内标量化经过不同治疗的4T1细胞细胞分裂物中Hsp90的表达水平；

（f）在功率密度为0.3 W/cm^-2的情况下，4T1细胞在游离GA、NCPs和NCPs/GA中孵育并经过/不经过808 nm激光照射40 min后细胞的相对存活率。

（b）和（f）中的P值通过Tukey检验（***P<0.001，**P<0.01或*P<0.05）计算。

图4：体内低温光热疗法。

（a）携带4T1肿瘤的小鼠的红外图像。往小鼠体内注入PBS、NCPs或NCPs/GA后，将其置于波长为808 nm、强度为0.3 W/cm^-2的激光下照射，照射时间持续20分钟；

（b）肿瘤温度随红外热成像时间（天数）的变化；

（c）经处理的小鼠的肿瘤体积增长曲线。肿瘤经近红外激光（808 nm, 0.3 W/cm^-2）照射20分钟。（c）中的P值通过Tukey检验（***P<0.001，**P<0.01或*P<0.05）计算；

（d）处理14天后，从各组小鼠收集的肿瘤照片：经综合治疗的小组中，5个肿瘤中有2个完全消失，其余3个肿瘤经Mn-ICG@pHis-PEG/GA低温光热治疗14天后尺寸变得非常小；

（e）经各种处理2天后，从小鼠身上收集的经H＆E染色的肿瘤的切片。

图5: NCPs/GA低温细胞凋亡光热疗法的体内机制研究。

（a）经各种处理2天后，从小鼠身上收集的经TUREL染色的肿瘤切片；

（b）从小鼠身上收集的，注射有NCPs或NCPs/GA的4T1肿瘤细胞经过/不经过激光（808 nm, 0.3 W/cm^-2）照射20分钟后，与Annexin V-FITC、PI在4℃下染色30分钟，用流式细胞术对其进行分析；

（c）通过免疫荧光染色方法测定小鼠肿瘤中的Hsp90表达（经各种方法处理24小时后）；

（d）经特定处理24小时后，小鼠4T1肿瘤裂解物的蛋白质印迹数据。用GADPH做内标，定量测定Hsp90的相对表达水平。

【小结】

与先前报道的合成一维NCP的方法相比，本文通过一步法反应和相转移构建聚乙二醇化一维NCP。此方法简单易行，适用于不同类型的金属离子。此研究中提出的一维NCP对肿瘤内微弱的pH降低有响应，从而直接提高了靶向效率和特异性。此外，这项研究通过加载有NCP的GA抑制Hsp90（与耐热性相关的蛋白质）的表达，而不是采用（超过50℃）光热加热产生的高温破坏肿瘤，实现了低温加热诱导癌细胞有效凋亡。这种方法对减少正常器官的非特异性加热有利，且对大型肿瘤的光热治疗更加可行。与之前报道的无机纳米粒子的光热诱导剂不同，这种一维NCP具有生物降解性并可被肾脏排泄，使纳米颗粒的长期毒性问题得到缓解，有助于未来在临床实验中应用。

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

本文由材料人编辑部新人组高慧编译，雪琰审核，点我加入材料人编辑部。

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