高级检索

新型光敏纳米粒子的制备及其在肿瘤光动力治疗中的应用

郭梦舟, 刘欢, 李彤, 余一祎

郭梦舟,刘 欢,李 彤,等. 新型光敏纳米粒子的制备及其在肿瘤光动力治疗中的应用[J]. 中国临床医学, 2024, 31(4): 577-585. DOI: 10.12025/j.issn.1008-6358.2024.20240435
引用本文: 郭梦舟,刘 欢,李 彤,等. 新型光敏纳米粒子的制备及其在肿瘤光动力治疗中的应用[J]. 中国临床医学, 2024, 31(4): 577-585. DOI: 10.12025/j.issn.1008-6358.2024.20240435
GUO M Z, LIU H, LI T, et al. Preparation and application of novel photosensitive nanoparticles in tumor photodynamic therapy[J]. Chin J Clin Med, 2024, 31(4): 577-585. DOI: 10.12025/j.issn.1008-6358.2024.20240435
Citation: GUO M Z, LIU H, LI T, et al. Preparation and application of novel photosensitive nanoparticles in tumor photodynamic therapy[J]. Chin J Clin Med, 2024, 31(4): 577-585. DOI: 10.12025/j.issn.1008-6358.2024.20240435

新型光敏纳米粒子的制备及其在肿瘤光动力治疗中的应用

基金项目: 国家自然科学基金(82102761),上海市青年科技英才扬帆计划(23YF1441200),复旦大学附属中山医院青年基金项目(2021ZSQN49).
详细信息
    作者简介:

    郭梦舟,博士,住院医师. E-mail:guo.mengzhou@zs-hospital.sh.cn

    通讯作者:

    李彤: E-mail:li.tong@zs-hospital.sh.cn

    余一祎: Tel:021-64041990,E-mail:yu.yiyi@zs-hospital.sh.cn

  • 中图分类号: R73-36

Preparation and application of novel photosensitive nanoparticles in tumor photodynamic therapy

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (82102761), Shanghai Youth Science and Technology Talents Sailing Program (23YF1441200) and Young Scientists Fund of Zhongshan Hospital, Fudan University (2021ZSQN49).
  • 摘要:
    目的 

    制备一种新型光敏纳米粒子,并评价其理化性质及探讨其对肿瘤光动力治疗疗效的影响。

    方法 

    将5,15-二溴-10,20-二苯基卟啉(5, 15-dibromo-10, 20-diphenylporphine,DBN)、四氟对苯二腈(tetrafluoroterephthalonitrile,TFN)、两亲性聚合物甲基-PEG-DSPE(DSPE-MPEG2000,PEG)混合溶解于四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)中,通过纳米共沉淀法制备新型光敏纳米粒子(DBN/TFN@PEG),并检测其理化性质。采用660 nm激光持续照射新型及传统纳米粒子,通过荧光光谱仪检测不同照射时间下纳米粒子的荧光发光强度即产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)的水平。将新型及传统纳米粒子与肿瘤细胞共孵育并通过660 nm激光照射,使用免疫荧光法检测肿瘤细胞内ROS水平,采用PI/Calcein-AM染色法检测死/活肿瘤细胞比例。

    结果 

    制备后的DBN/TFN@PEG水合粒径约为107.8 nm,分散均匀。DBN/TFN@PEG较传统纳米粒子具备更强的ROS产生能力(P<0.01)。免疫荧光结果显示,在激光照射条件下,DBN/TFN@PEG较传统纳米粒子更能诱导肿瘤细胞产生ROS(P<0.01);PI/Calcein-AM染色结果显示,DBN/TFN@PEG组死肿瘤细胞比例显著高于传统纳米粒子组(P<0.01)。

    结论 

    DBN/TFN@PEG理化性质稳定,分布均匀,作为光敏剂具备更强的诱导肿瘤细胞产生ROS的能力,可提高光动力治疗的抗肿瘤疗效。

    Abstract:
    Objective 

    To prepare a novel photosensitive nanoparticle and to evaluate its physicochemical properties, and effect on the efficacy of photodynamic therapy.

    Methods 

    5,15-dibromo-10,20-diphenylporphine (DBN), tetrafluoroterephthalonitrile (TFN), and the amphiphilic polymer methoxy-polyethylene glycol-distearoylphosphatidylethanolamine (DSPE-MPEG2000, PEG) were dissolved in tetrahydrofuran (THF) by co-precipitation method to prepare novel photosensitive nanoparticles, named DBN/TFN@PEG. The physicochemical properties of DBN/TFN@PEG were characterized. Both novel and conventional nanoparticles were continuously irradiated with a 660 nm laser, and the fluorescence intensity of nanoparticles, representing reactive oxygen species (ROS) production levels, was measured using a fluorescence spectrophotometer at different irradiation times. Tumor cells were co-incubated with the nanoparticles and irradiated with a 660 nm laser. ROS levels within the tumor cells were detected using immunofluorescence, and the ratio of dead to live tumor cells was determined using PI/Calcein-AM staining.

    Results 

    Prepared DBN/TFN@PEG nanoparticles with hydrated particle size of approximately 107.8 nm were uniformly distributed in the solution. Compared to conventional nanoparticles, the ROS production capacity of DBN/TFN@PEG was significantly higher (P<0.01). Immunofluorescence results showed that the generation of ROS levels in the tumor cells of DBN/TFN@PEG group were significantly higher than in the conventional nanoparticles group under laser irradiation (P<0.01). PI/Calcein-AM staining results indicated a significantly higher ratio of dead tumor cells in the DBN/TFN@PEG group compared to the conventional nanoparticle group (P<0.01).

    Conclusions 

    DBN/TFN@PEG has stable physicochemical properties and uniform distribution in the solution. As effective photosensitizers, DBN/TFN@PEG can exhibit stronger ability to induce ROS generation in tumor cells, and may enhance the efficacy of photodynamic therapy in cancer.

  • 恶性肿瘤已成为21世纪严重威胁人类健康的主要公共卫生问题。全球癌症数据显示,2022年新发癌症病例近2 000万,其中中国新发癌症480万人,位居全球第一,占比约为24%;全球癌症死亡病例约为970万,中国癌症死亡人数约260万,同样位居全球第一,占比约为26.8%[1]。面对肿瘤对我国人群身心健康构成的严峻威胁,寻找高效、低毒、经济的治疗手段迫在眉睫。

    活性氧(reactive oxygen species,ROS)是细胞正常的代谢产物,主要包括超氧阴离子(superoxide anion,•O2)、过氧化氢 (hydrogen peroxide,H2O2)、羟基自由基(hydroxyl radical,•OH) 和单线态氧(singlet oxygen, 1O2)等,其浓度决定着细胞内氧化-还原环境是否持动态平衡。对于肿瘤来说,ROS是一把双刃剑。低水平ROS可以通过调节PI3K/AKT、MAPK、NF-κB等信号通路促进肿瘤细胞增殖和侵袭;但超过阈值的ROS会引起生物大分子如蛋白质、脂类和核酸的氧化损伤,从而诱导肿瘤细胞死亡[2]。因此,诱导肿瘤局部产生高水平ROS是提高肿瘤治疗疗效的可行策略。

    光动力治疗(photodynamic therapy,PDT)是一种新型的肿瘤治疗手段,它主要依赖光敏剂(photosensitizers, PSs)吸收光子后发生电子转移从而产生高毒性的ROS,进而促进肿瘤细胞的凋亡和坏死[3]。PDT利用外部激发源在肿瘤局部产生ROS,具有无创性、特异性高和生物安全性好的优势,目前已在包括膀胱癌[4]、胃癌[5]和肺癌[6]等多种类型的肿瘤中得到应用。

    然而,当前大部分传统PSs普遍面临不可降解性、稳定性不够、产生ROS有限和光热转化效率低等问题[7-8]。传统有机光敏剂多见于酞菁类[9]、吩噻嗪[10]、卟啉及其衍生物等,其中以卟啉类研究最为广泛[11-12]。5,15-二溴-10,20-二苯基卟啉(5,15-dibromo-10,20-diphenylporphine,DBN)是卟啉及其衍生物的一种,有良好的光物理性质,在激光的照射下能够产生少量的ROS,具有一定的PDT性能。然而,和多数传统光敏剂的缺陷一样,DBN具有较大的平面结构,在溶液中易发生聚集诱导荧光猝灭现象,这种特征削弱了其产生ROS的能力。此外,DBN也难溶于水,不易于在生物体内聚集,从而限制了其在PDT的应用[13]

    近年来,具有供体-受体(donor-acceptor, D-A)结构的新型有机PSs受到诸多科研工作者的青睐。这类化合物有典型的分子内电荷转移特性,有利于促进吸收和发射波长红移、降低单重态-三重态能隙(ΔES-T)、促进系间穿越并激活光动力性能,含有D-A结构的有机光敏剂被认为是最具有潜力的生物纳米材料之一。然而,寻找到一种合适高效的D-A分子也需要复杂的合成方法。文献[14-16]显示,引入合适的受体分子(是指极度缺少电子的一类有机化合物分子),将有利于增强有机分子的发光性能。四氟对苯二腈(tetrafluoroterephthalonitrile,TFN)有氰基和氟原子的双官能团分子结构,使得整个分子电子极度缺失,是一种理想的受体分子,又因其有良好的平面结构,常被用于提高有机化合物的发光性能[17]。通过引入TFN往往能够使有机分子发生分子内电荷转移,从而增加有机分子的吸光能力,使得更容易被光激发;同时,TFN含有丰富的氟原子和氰基,这将有利于增强DBN在水中的稳定性以及生物兼容性。

    为了寻找到一种更加简洁高效的PSs材料,本研究创新性地将受体单元TFN引入DBN,利用分子间的氢键使DBN与TFN形成稳定的D-A结构,同时为了使其具有更好的生物兼容性,本研究采用纳米共沉淀法用两亲性聚合物甲基-PEG-DSPE(DSPE-MPEG2000,PEG)包裹疏水的DBN/TFN纳米颗粒,得到新型纳米颗粒即DBN/TFN@PEG,并初步探讨该纳米颗粒的理化性质及其作为PSs的PDT性能。

    胎牛血清、1640 培养基、磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)和胰酶购自Biosharp公司;ROS检测试剂盒购自碧云天;死/活细胞双染试剂盒(PI/ Calcein-AM)购自上海贝博生物;DBN购自乐研试剂;TFN、PEG、二氢罗丹明123(dihydrorhodamine 123,DHR 123)、磷酸盐吐温缓冲液(PBS-Tween-20 solution,PBST)、二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)、甲醇、四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)购自泰坦科技探索平台;4T1小鼠乳腺癌细胞购自武汉普诺赛生物。

    CO2恒温培养箱购自北京桑翌实验仪器研究所;超净工作台购自上海笃特科学仪器有限公司;离心机购自上海卢湘仪离心机仪器有限公司;共聚焦激光显微镜(confocal laser scanning microscope,CLSM)、透射电子显微镜TEM(JEOL JEM 2100F)、纳米粒度及Zeta电位分析仪(Malvern Zetasizer Nano ZS90)由科学指南针测试平台提供;激光器(660 nm)、磁力加热搅拌器(IKA RCT digital)、加热型超声波清洗器(UC-2H)、紫外-可见光吸收光谱仪(JASCO V-670)、荧光光谱仪(HORIBA Fluoromax Plus)由上海微系统与信息技术研究所提供;理论建模及轨道计算(Gaussian、ORCA)由科学指南针测试平台提供;1HNMR测试由中国科学院上海有机化学研究所测试中心提供。

    将6.2 mg DBN、20 mg PEG溶于5 mL THF中,加入正在超声的45 mL去离子水中,继续超声10 min,超声结束以后将混合溶液置于通风橱,使用磁力搅拌器剧烈搅拌24 h,待搅拌结束后,采用水性滤膜(孔径200 μm)过滤。将溶液放置备用,得到的纳米粒子溶液即为DBN@PEG,浓度为200 μmol/L;同样,将6.2 mg DBN、2 mg TFN和20 mg PEG,全部溶于5 mL THF中,按照上述方法制备的纳米粒子溶液即为DBN/TFN@PEG,浓度为200 μmol/L。

    通过紫外-吸收光谱仪测试DBN@PEG、DBN/TFN@PEG纳米粒子溶液的光密度和吸收波长;通过荧光光谱仪测试DBN@PEG、DBN/TFN@PEG纳米粒子溶液的荧光发射强度和发射波长;通过动态光散射检测DBN@PEG和DBN/TFN@PEG纳米粒子在溶液中的尺寸,并通过透射电子显微镜观察纳米粒子的形态。

    采用荧光染料DHR-123检测细胞内ROS水平。荧光ROS指示剂DHR123的配制方法:取2.5 mg DHR123溶于10 mL甲醇中,得到500 μmol/L的DHR123甲醇溶液,然后取100 μL加入10 mL PBST得到5 μmol/L的DHR123溶液备用。本实验共设置3组:(1)对照组:将100 μL去离子水与100 μL DHR123指示剂溶液(5 μmol/L)混合,加入10 mL缓冲液PBST,得到对照组溶液;(2)DBN@PEG组:将100 μL DBN@PEG纳米粒子与100 μL DHR123指示剂溶液(5 μmol/L)混合,再加入10 mL缓冲液PBST中;(3)DBN/TFN@PEG组:将100 μL DBN/TFN@PEG纳米粒子与100 μL DHR123指示剂溶液(5 μmol/L)混合,再加入10 mL缓冲液PBST中。分别取上述3组溶液各3 mL加入石英比色皿中,使用660 nm激光器照射2 min、5 min、15 min,通过荧光光谱仪记录样品的荧光发射强度(激发波长488 nm,发射波长525 nm)。

    取3支核磁管分别加入6.2 mg(0.01 mmol)DBN,并加入0.5 mL氘代氯仿溶剂中,然后向核磁管中依次加入0 mg、2 mg(0.01 mmol)、4 mg(0.02 mmol)TFN,得到3组样品,送往上海有机化学研究所测试。

    取对数生长期的4T1 细胞,进行细胞计数,调整细胞浓度,按照1×105个/孔接种到共聚焦专用培养皿中,5% CO2、37℃恒温培养箱中培养过夜,使细胞贴壁。弃去旧培养基,将纳米粒子原液(200 μmol/L)与细胞完全培养基按1∶9稀释至浓度为20 μmol/L,每孔加入含20 μmol/L纳米粒子的完全培养基 2 mL,继续培养12 h。移除旧培养基并用PBS洗涤2次后加入新鲜培养基,在660 nm 激光下照射4T1细胞15 min(100 mW /cm2),后再在培养箱中孵育30 min。按照1∶1 000用无血清培养液稀释ROS探针DCFH-DA,使其终浓度为10 μmol/L,去除细胞培养基,于每孔中加入1 mL10 μmol/L DCFH-DA的无血清培养基,37℃细胞培养箱内孵育20 min。最后,用 PBS 清洗细胞3次,通过CLSM拍摄。使用ImageJ 软件分析样品平均荧光强度。

    取对数生长期的 4T1 细胞,进行细胞计数,调整细胞浓度,按照1×105个/孔接种到共聚焦专用培养皿中,5%CO2、37℃恒温培养箱中培养过夜,使细胞贴壁。弃去旧培养基,将纳米粒子原液(200 μmol/L)与细胞完全培养基按1∶9稀释浓度为20 μmol/L,每孔加入含有20 μmol/L纳米粒子的完全培养基 2 mL,继续培养12 h。移除旧培养基并用PBS洗涤2次后加入新鲜培养基,在660 nm 激光下照射4T1细胞15 min(100 mW/cm2),后再在培养箱中孵育30 min。死/活细胞染色液配制:用染料稀释液(溶液 C)分别将试剂 A(Calcein-AM)和试剂B (PI)稀释10倍,即取985.5 μL PBS与10 μL 稀释后的试剂A和4.5 μL试剂B混匀,现配现用。取出细胞,去除旧培养基,用 PBS 清洗细胞1次,按照1 mL/皿加入染色液,室温避光孵育10 min,去除染色液,使用 PBS 清洗3次终止染色,通过CLSM拍摄。使用ImageJ 软件分析样品平均荧光强度,量化死/活细胞,死/活细胞数量相加为全细胞数量,死/活细胞数量除以全细胞数量为相对应的比例。

    采用 SPSS 23.0 统计软件。计量资料以$\bar x \pm s $表示,组间比较采用独立样本t 检验,采用 t 检验进行两组间比较,单因素方差分析进行多组间比较,检验水准(α)为 0.05。

    DBN/TFN@PEG和DBN@PEG的吸收峰完全重合,吸收峰分别在390 nm、412 nm、550 nm、670 nm,其中最大吸收波长为412 nm(图1 A)。DBN@PEG和DBN/TFN@PEG的发射峰相似,存在2个最大的发射波长,其荧光发射主峰分别位于480 nm、670 nm(图1 B)。DBN@PEG 在水溶液中的水合粒径约为201.8 nm,多分散性指数(polymer dispersity index , PDI)为0.246;DBN/TFN@PEG 在水溶液中的水合粒径约为107.8 nm,PDI为0.257(图1 C、图1D)。测试结果表明,与DBN@PEG的纳米粒子粒径分布相比,DBN/TFN @PEG的粒径分布更窄,2组都形成了均匀的纳米颗粒。最后,本研究通过透射电子显微镜观察,结果显示DBN@PEG、DBN/TFN@PEG均表现出均匀的球形形态(图1E1F)。

    图  1  纳米粒子的理化性质检测
    Figure  1.  Synthesis and characterization of nanoparticles.
    A: Ultraviolet−visible absorption spectrum of nanoparticles; B: Fluorescence emission spectrum of nanoparticles; C—D: Dynamic light scattering of nanoparticles; E—F: Transmission lectron microscope of nanoparticles.

    荧光强度结果(图2A)显示,在660 nm激光光照下,当照射时间为2 min时,对照组、DBN@PEG组及DBN/TFN@PEG组的荧光强度分别为(218.7±3.5)au、(2 157.0±22.5)au和(6 510.0±72.5)au;当照射时间为5 min时,对照组、DBN@PEG组及DBN/TFN@PEG组的荧光强度分别为(275.3±5.5)au、(5 312.0±59.4)au和(15 896.7±177.9)au(图2B);当照射时间为15 min时,对照组、DBN@PEG组及DBN/TFN@PEG组的荧光强度分别为(332.3±2.1)au、(7 901.0±88.2)au和(23 253.7±261.0)au(图2C)。统计结果显示(图2D),在不同照射时间下,DBN@PEG组和DBN/TFN@PEG组纳米粒子较对照组均能在激光照射下产生更高水平的荧光强度及ROS水平(P<0.01),具备PDT性能,且DBN/TFN@PEG组较DBN@PEG组产生ROS能力更强(P<0.01),在照射时间分别为2 min、5 min和15 min时,DBN/TFN@PEG组的荧光强度均为DBN@PEG组的3倍左右,PDT性能更优。模拟计算结果(图2E)显示,在S0到S1的激发中,DBN的激发能为2.120 0 eV,当引入TFN以后,DBN/TFN的激发能为2.113 00 eV,与DBN相比降低了0.007 eV。核磁滴定结果(图2F)显示,随着TFN当量的增加,DBN的核磁氢位置发生了明显的移动,DBN活泼氢的化学位移值分别向高场移动了0.02×10−6,0.03×10−6,0.01×10−6,0.01×10−6,表明DBN与TFN形成了较强的氢键相互作用。

    图  2  纳米粒子的荧光强度检测及其光敏机制表征
    Figure  2.  Detection of fluorescence intensity and photosensitive mechanism of nanoparticles
    A—C: Fluorescence intensity of nanoparticles after irradiation of 2 min, 5 min and 15 min; D: Relative fluorescence intensity in different groups; E: Distribution of electron-hole in DBN and DBN/TFN groups (blue represents hole , orange represents electron); F: The 1H NMR spectra of DBN and DBN/TFN.**P<0.01: comparison with the control group; △△P<0.01: comparison with the group of DBN@PEG.

    结果(图3)显示:对照组、DBN@PEG组和DBN/TFN @PEG组的平均荧光强度值分别为(12.53±2.05)au、(39.30±3.35)au和(80.10±3.10)au。与对照组相比,DBN@PEG组和DBN/TFN @PEG组的平均荧光强度值即ROS含量显著升高(P<0.01),DBN/TFN @PEG组平均荧光强度值显著高于DBN@PEG组(P<0.01),表明DBN/TFN @PEG较DBN@PEG在激光照射条件下更能诱导肿瘤细胞产生ROS。

    图  3  纳米粒子在激光照射下对肿瘤细胞内ROS水平的影响
    Figure  3.  Effects of nanoparticles on ROS production in tumor cells under laser irradiation
    A: Intracellular ROS were stained by DCFH-DA and indicated by the green fluorescence intensity(×400);B: Average fluorescence intensity in different groups. n=3,x±s. **P<0.01: comparison with the control group; △△P<0.01: comparison with the group of DBN@PEG.

    结果(图4)显示:对照组、DBN@PEG组和DBN/TFN @PEG组平均活细胞比例分别为100%、(37.7±0.7)%、(12.5±1.8)%,平均死细胞比例分别为0、(62.3±0.7)%、(87.5±1.8)%,DBN/TFN @PEG组平均死细胞比例显著高于DBN@PEG组(P<0.01),提示DBN/TFN @PEG较DBN@PEG在激光照射条件下可能通过诱导更高浓度的ROS进而促进肿瘤细胞死亡。

    图  4  纳米粒子在激光照射下对死/活肿瘤细胞比值的影响
    Figure  4.  Effects of nanoparticles on the ratio of dead/live tumor cells under laser irradiation
    A: Live and dead cells were stained with calcein-AM (green) and PI (red), respectively. 660 nm laser: 100 mW cm−2 , 15 min;B:Proportion of dead/live tumor cells in different groups. n=3,x±s. **P<0.01: comparison with the group of DBN@PEG.

    随着全球恶性肿瘤发病率的不断上升,开发创新有效的抗肿瘤治疗手段刻不容缓。PDT作为一种新型抗肿瘤方式,因其高靶向性、非侵入性和低耐药率等优点引起了广泛关注,其疗效已在多种肿瘤类型中得到证实。此外,PDT与临床常用治疗手段如放疗[18]、化疗[19]及免疫治疗[20]等有协同作用,联合使用抗肿瘤效果更好。PDT主要依赖光敏剂在特定波长的光照下与局部氧气发生反应产生高毒性的ROS,从而导致肿瘤细胞的死亡。因此,寻找高效合适的光敏剂对提高PDT疗效至关重要。

    DBN是一种有良好光物理性质的传统光敏剂,但因平面结构较大,存在难溶于水和产生ROS有限等问题。纳米材料已在临床开展应用[21]。为了改善DBN的光敏性能,本研究创新性地引入TFN制备了一种新型光敏纳米粒子—DBN/TFN@PEG。研究结果也证实,DBN/TFN@PEG较传统纳米粒子DBN@PEG具备更好的光敏能力,不论激光照射时间长短,其作为光敏剂产生ROS的水平约为DBN@PEG的3倍,且在激光照射条件下更能诱导肿瘤细胞产生高浓度ROS从而促进细胞死亡,显示了其作为PDT材料稳定且高效的优点。

    进一步探究原因发现,当引入TFN以后,在S0到S1的激发中,DBN/TFN的激发能值较DBN低,表明DBN/TFN更易受到激光的激发,从而导致DBN/TFN@PEG纳米颗粒表现出更好的PDT性能。另一方面,核磁滴定结果证实,随着TFN当量的增加,DBN与TFN形成了较强的氢键相互作用,从而增加了DBN的水溶性,更有利于在生物体内形成稳定的纳米颗粒。此外,既往研究显示肿瘤血管结构异常,其血管内细胞间隙比正常组织大,合适尺寸的纳米材料可以透过血管在肿瘤组织中富集、滞留,及所谓的高通透性和滞留 (enhanced permeability and retention, EPR) 效应。研究[22]证明,粒径在20~200 nm有利于纳米粒子通过 EPR 效应在肿瘤位置积聚。本研究的DBN/TFN@PEG有非常合适的粒径(107.8 nm),相较于传统的DBN@PEG更有利于通过EPR效应提高PDT疗效。

    综上所述,本研究制备了一种新型光敏纳米材料,该材料粒径大小合适,分布均匀,作为光敏剂具备更强的诱导肿瘤细胞产生ROS的能力。后续研究人员将在多种类型的肿瘤细胞及体内研究中验证DBN/TFN@PEG应用于PDT的优势,以期为提高肿瘤PDT疗效提供了理论基础和新的方向。

    伦理声明 无。

    利益冲突 所有作者声明不存在利益冲突。

    作者贡献 郭梦舟:设计研究、实施研究、统计分析、解释数据及文章撰写;刘欢:纳米颗粒制备及检测、实施研究、采集数据;余一祎、李彤:设计研究、提供研究经费、技术指导等工作支持。

  • 图  1   纳米粒子的理化性质检测

    Figure  1.   Synthesis and characterization of nanoparticles.

    A: Ultraviolet−visible absorption spectrum of nanoparticles; B: Fluorescence emission spectrum of nanoparticles; C—D: Dynamic light scattering of nanoparticles; E—F: Transmission lectron microscope of nanoparticles.

    图  2   纳米粒子的荧光强度检测及其光敏机制表征

    Figure  2.   Detection of fluorescence intensity and photosensitive mechanism of nanoparticles

    A—C: Fluorescence intensity of nanoparticles after irradiation of 2 min, 5 min and 15 min; D: Relative fluorescence intensity in different groups; E: Distribution of electron-hole in DBN and DBN/TFN groups (blue represents hole , orange represents electron); F: The 1H NMR spectra of DBN and DBN/TFN.**P<0.01: comparison with the control group; △△P<0.01: comparison with the group of DBN@PEG.

    图  3   纳米粒子在激光照射下对肿瘤细胞内ROS水平的影响

    Figure  3.   Effects of nanoparticles on ROS production in tumor cells under laser irradiation

    A: Intracellular ROS were stained by DCFH-DA and indicated by the green fluorescence intensity(×400);B: Average fluorescence intensity in different groups. n=3,x±s. **P<0.01: comparison with the control group; △△P<0.01: comparison with the group of DBN@PEG.

    图  4   纳米粒子在激光照射下对死/活肿瘤细胞比值的影响

    Figure  4.   Effects of nanoparticles on the ratio of dead/live tumor cells under laser irradiation

    A: Live and dead cells were stained with calcein-AM (green) and PI (red), respectively. 660 nm laser: 100 mW cm−2 , 15 min;B:Proportion of dead/live tumor cells in different groups. n=3,x±s. **P<0.01: comparison with the group of DBN@PEG.

  • [1]

    BRAY F, LAVERSANNE M, SUNG H, et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries[J]. CA Cancer J Clin, 2024, 74(3): 229-263. DOI: 10.3322/caac.21834

    [2]

    PORPORATO P E, FILIGHEDDU N, PEDRO J M B S, et al. Mitochondrial metabolism and cancer[J]. Cell Res, 2018, 28(3): 265-280. DOI: 10.1038/cr.2017.155

    [3]

    AN J, TANG S L, HONG G B, et al. An unexpected strategy to alleviate hypoxia limitation of photodynamic therapy by biotinylation of photosensitizers[J]. Nat Commun, 2022, 13(1): 2225. DOI: 10.1038/s41467-022-29862-9

    [4]

    TAN P, CAI H, WEI Q, et al. Enhanced chemo-photodynamic therapy of an enzyme-responsive prodrug in bladder cancer patient-derived xenograft models[J]. Biomaterials, 2021, 277: 121061. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2021.121061

    [5]

    ZHU X D, ZHENG W X, WANG X Z, et al. Enhanced photodynamic therapy synergizing with inhibition of tumor neutrophil ferroptosis boosts anti-PD-1 therapy of gastric cancer[J]. Adv Sci, 2024, 11(12): e2307870. DOI: 10.1002/advs.202307870

    [6]

    HUANG J X, ZHUANG C, CHEN J, et al. Targeted drug/gene/photodynamic therapy via a stimuli-responsive dendritic-polymer-based nanococktail for treatment of EGFR-TKI-resistant non-small-cell lung cancer[J]. Adv Mater, 2022, 34(27): e2201516. DOI: 10.1002/adma.202201516

    [7]

    HU K, XIE L, ZHANG Y D, et al. Marriage of black phosphorus and Cu2+ as effective photothermal agents for PET-guided combination cancer therapy[J]. Nat Commun, 2020, 11(1): 2778. DOI: 10.1038/s41467-020-16513-0

    [8]

    ZHANG K, YU Z F, MENG X D, et al. A bacteriochlorin-based metal-organic framework nanosheet superoxide radical generator for photoacoustic imaging-guided highly efficient photodynamic therapy[J]. Adv Sci, 2019, 6(14): 1900530. DOI: 10.1002/advs.201900530

    [9]

    MUANGSOPA P, CHANSAENPAK K, KAMPAENGSRI S, et al. Hybrid cyanine/methotrexate nanoparticles for synergistic PDT/chemotherapy of breast cancer[J]. ACS Appl Bio Mater, 2023, 6(2): 603-614. DOI: 10.1021/acsabm.2c00893

    [10]

    HAK A, ALI M S, SANKARANARAYANAN S A, et al. Chlorin E6: a promising photosensitizer in photo-based cancer nanomedicine[J]. ACS Appl Bio Mater, 2023, 6(2): 349-364. DOI: 10.1021/acsabm.2c00891

    [11]

    CASTRO K A D F, RAMOS L, MESQUITA M, et al. Comparison of the photodynamic action of porphyrin, chlorin, and isobacteriochlorin derivatives toward a melanotic cell line[J]. ACS Appl Bio Mater, 2021, 4(6): 4925-4935. DOI: 10.1021/acsabm.1c00218

    [12]

    LI J, LI J H, PU Y J, et al. PDT-enhanced ferroptosis by a polymer nanoparticle with pH-activated singlet oxygen generation and superb biocompatibility for cancer therapy[J]. Biomacromolecules, 2021, 22(3): 1167-1176. DOI: 10.1021/acs.biomac.0c01679

    [13]

    WANG J Q, ZHANG L Y, LI Z. Aggregation-induced emission luminogens with photoresponsive behaviors for biomedical applications[J]. Adv Healthc Mater, 2021, 10(24): e2101169. DOI: 10.1002/adhm.202101169

    [14]

    XIAO P H, SHEN Z P, WANG D L, et al. Precise molecular engineering of type Ⅰ photosensitizers with near-infrared aggregation-induced emission for image-guided photodynamic killing of multidrug-resistant bacteria[J]. Adv Sci, 2022, 9(5): e2104079. DOI: 10.1002/advs.202104079

    [15]

    CHEN Y, HE P Y, JANA D, et al. Glutathione-depleting organic metal adjuvants for effective NIR-Ⅱ photothermal immunotherapy[J]. Adv Mater, 2022, 34(21): e2201706. DOI: 10.1002/adma.202201706

    [16]

    OU C J, NA W D, GE W, et al. Biodegradable charge-transfer complexes for glutathione depletion induced ferroptosis and NIR-Ⅱ photoacoustic imaging guided cancer photothermal therapy[J]. Angew Chem Int Ed, 2021, 60(15): 8157-8163. DOI: 10.1002/anie.202014852

    [17]

    CHU M M, QIU B, ZHANG W, et al. Tailoring the energy levels and cavity structures toward organic cocrystal microlasers[J]. ACS Appl Mater Interfaces, 2018, 10(49): 42740-42746. DOI: 10.1021/acsami.8b16294

    [18]

    ZHOU D D, GAO Y, YANG Z, et al. Biomimetic upconversion nanoplatform synergizes photodynamic therapy and enhanced radiotherapy against tumor metastasis[J]. ACS Appl Mater Interfaces, 2023, 15(22): 26431-26441. DOI: 10.1021/acsami.3c03636

    [19]

    LAN Z, LIU W J, YIN W W, et al. Biomimetic MDSCs membrane coated black phosphorus nanosheets system for photothermal therapy/photodynamic therapy synergized chemotherapy of cancer[J]. J Nanobiotechnology, 2024, 22(1): 174.

    [20]

    CHEN J, DUAN Z Y, DENG L D, et al. Cell membrane-targeting type Ⅰ/Ⅱ photodynamic therapy combination with FSP1 inhibition for ferroptosis-enhanced photodynamic immunotherapy[J]. Adv Healthc Mater, 2024, 13(16): e2304436. DOI: 10.1002/adhm.202304436

    [21] 秦黎黎,秦 瑶,卢天凤.纳米材料作为药物载体在运动性损伤修复中的应用[J].同济大学学报(医学版),2021,42(2):271-277.

    QIN L L,QIN Y,LU T F.Application of nanomaterials as drug carrier in the athletic injury repair[J].J Tongji Uni (Med Sci),2021,42(2):271-277.

    [22]

    ZHU H J, FANG Y, MIAO Q Q, et al. Regulating near-infrared photodynamic properties of semiconducting polymer nanotheranostics for optimized cancer therapy[J]. ACS Nano, 2017, 11(9): 8998-9009.

图(4)
计量
  • 文章访问数:  201
  • HTML全文浏览量:  18
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-21
  • 录用日期:  2024-08-01
  • 网络出版日期:  2024-08-20
  • 刊出日期:  2024-08-24

目录

/

返回文章
返回