本文要點(diǎn)：半導(dǎo)體聚合物因其優(yōu)良的光學(xué)特性，在癌癥光療方面具有廣闊的應(yīng)用前景；然而，其低生物降解性阻礙了臨床應(yīng)用。本文報(bào)道了一種用于NIR-II熒光生物成像、光動(dòng)力免疫治療和光活化化療的可生物降解仿半導(dǎo)體聚合物PSP。以及另一個(gè)對(duì)活性氧(ROS)有響應(yīng)，側(cè)鏈連有阿霉素的聚合物PEDOX。兩個(gè)聚合物共組裝為NP@PEDOX/PSP。NP@PEDOX/PSP可以在腫瘤部位積累，808nm激光照射下產(chǎn)生ROS。ROS可以破壞PEDOX中的硫縮酮鍵，導(dǎo)致PEDOX快速釋放阿霉素。PEDOX和PSP都被細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽牲降解，導(dǎo)致NP@PEDOX/PSP的解離。近紅外二區(qū)活體熒光成像系統(tǒng) - MARS

背景：半導(dǎo)體聚合物（SP）具有良好的光學(xué)性質(zhì),能產(chǎn)生ROS。但生物難以降解SP，使其生物相容性不高。為解決這個(gè)問(wèn)題，SP經(jīng)常與其他生物可降解聚合物進(jìn)行物理共組裝，或在其側(cè)鏈上用生物相容性聚合物進(jìn)行化學(xué)修飾。雖然該策略通過(guò)減少SP的數(shù)量，提高了SP的兼容性，但仍不能避免不可降解SP的使用，使得長(zhǎng)期的生物安全問(wèn)題尚未得到解決。另一方面，SP單獨(dú)依賴(lài)ROS的PDT作用，對(duì)殺死腫瘤細(xì)胞效果不佳。所以，目前迫切需要具有生物降解性，且具有多種治療作用的SP替代品。

研究?jī)?nèi)容：作者通過(guò)將帶有熒光探針的聚合物PSP和阿霉素聚合物PEDOX組裝成納米顆粒，實(shí)現(xiàn)NIR-II區(qū)熒光成像，PDT治療，免疫治療和光激活化療。PSP的主鏈上有BODIPY為母核的熒光探針以及二硫鍵，通過(guò)GSH破壞二硫鍵，實(shí)現(xiàn)生物降解。而PEDOX的側(cè)鏈上有化療藥物阿霉素(DOX)，對(duì)ROS響應(yīng)的硫縮酮鍵把它連接到主鏈上，當(dāng)PSP產(chǎn)生ROS時(shí)ROS破壞硫縮酮鍵，釋放DOX產(chǎn)生化療作用。而根據(jù)報(bào)道，PDT可激活體內(nèi)的腫瘤免疫效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)免疫治療。（Figure1）

Figure1

PSP的合成路線如Fig.2A所示。作者合成了含有雙硫鍵的PSP和不含有雙硫鍵的PSP-C，對(duì)比二者的光學(xué)性質(zhì)。它們的吸收和發(fā)射曲線區(qū)別不大（Figure.2BC），但是PSP-C的吸光吸收更高。作者還評(píng)價(jià)了兩者產(chǎn)生ROS的速度，利用DPBF接觸ROS后，415nm上的吸收峰降低的性質(zhì)，通過(guò)評(píng)價(jià)吸光度降低的速度評(píng)價(jià)ROS產(chǎn)生的速度。如Figure.2DE所示，PSP-C的斜率更高，ROS產(chǎn)生速度更快，這可能與其吸光系數(shù)更大有關(guān)。

Figure2

作者繼續(xù)驗(yàn)證聚合物與硫醇的反應(yīng)性。如Figure.3AB所示，通過(guò)ESI-MS結(jié)果可得，M3a與GSH孵育得到了GSH加合物，說(shuō)明GSH可成功打斷雙硫鍵，對(duì)聚合物有生物降解作用。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，作者將M3a與另一種硫醇分子，巰基乙酸(MCA)反應(yīng)，ESI-MS和H-NMR 結(jié)果顯示兩者可以加合(Figure.3CD)。通過(guò)將PSP與GSH孵育，PSP在凝膠滲透色譜中的洗脫時(shí)間從18.88 min逐漸增加到22.93 min(Figure3.E)，表明GSH可以降解PSP。

Figure3

隨后，PSP和PEDOX通過(guò)以1：10的比例自組裝成NP@PEDOX/PSP。利用TEM進(jìn)一步觀察NP@PEDOX/PSP的形態(tài)（Figure.4A)。NP@PEDOX/PSP分布均勻，呈球形形態(tài)。DLS進(jìn)一步表征結(jié)果表明，NP@PEDOX/PSP的平均水動(dòng)力直徑為70nm。相比之下，作者制備了僅用PEDOX自組裝的納米顆粒(NPPEDOX)和用PSP自組裝的納米顆粒(NP-PSP)。NP-PEDOX和NP-PSP的平均水動(dòng)力直徑分別為74和103nm(Figure.4B)。光學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果表明，NP@PEDOX/PSP在504nm和607nm處有兩個(gè)顯著的吸收峰，分別歸屬于DOX和PSP的吸收峰(Figure.4C)，在1050和1054nm處均有主要的發(fā)射峰(Figure.4D)。此外，DOX和NP-PEDOX具有相似的吸收光譜，表明自組裝對(duì)NP-PEDOX的吸收光譜的影響可以忽略不計(jì)。采用ESR對(duì)光激發(fā)產(chǎn)生的單線氧進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用TEMP作為探針，與單獨(dú)的NP@PEDOX/PSP相比，光照射下NP@PEDOX/PSP的峰值強(qiáng)度增加了59.3%(Figure.4E)，表明激光照射下ROS生成。作者使用ESI-MS來(lái)監(jiān)測(cè)釋放的DOX，在NP@PEDOX/PSP+L的混合物中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)m/z 543.31的典型峰，可以歸值給釋放的DOX(Figure.4F)。說(shuō)明單線氧可以通過(guò)破壞NP@PEDOX/PSP中的硫縮酮鍵來(lái)進(jìn)一步觸發(fā)DOX的釋放。用HPLC進(jìn)一步監(jiān)測(cè)DOX的累積釋放量，在48 h達(dá)到zuida值65%(Figure.4G)。為了證明PEDOX對(duì)GSH響應(yīng)性，作者采用凝膠滲透色譜(GPC)來(lái)監(jiān)測(cè)分子量的變化。結(jié)果顯示，PEDOX的洗脫時(shí)間逐漸增加(Figure.4H)，說(shuō)明GSH孵育后PEDOX的分子量降低，PEDOX可受GSH降解。隨后，用DLS監(jiān)測(cè)GSH孵育后NP@PEDOX/PSP直徑的變化。如Figure.4I所示，孵育24h后NP@PEDOX/PSP的直徑逐漸增大，表明了GSH誘導(dǎo)NP@PEDOX/PSP的解離。

Figure4

接下來(lái)作者檢測(cè)納米粒子的抗癌作用。MTT實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NP@PEDOX/PSP+L對(duì)4T1和A549癌細(xì)胞具有顯著的細(xì)胞殺傷作用，生長(zhǎng)抑制率為84.67%和79.39%，分別是單獨(dú)的NP@PEDOX/PSP的2.54倍和2.35倍(Figure.5A)。作者還使用DCFH-DA檢測(cè)納米粒子產(chǎn)生的ROS，如果有ROS產(chǎn)生，DCFH-DA會(huì)產(chǎn)生綠色，從Figure.5B中可看出，808nm激光處理下NP-PSP+L和NP@PEDOX/PSP+L處理的細(xì)胞顯示出強(qiáng)烈的綠色熒光，表明PSP能有效地生成ROS(Figure.5B)。通過(guò)CLSM檢測(cè)，進(jìn)一步觀察了NP@PEDOX/PSP的抗癌效果。結(jié)果表明，NP-PSP處理后的細(xì)胞具有較強(qiáng)的綠色熒光(Calcein-AM，細(xì)胞存活)而幾乎沒(méi)有紅色熒光（碘化丙啶，細(xì)胞死亡），說(shuō)明NP-PSP沒(méi)有明顯的毒性。當(dāng)PEDOX存在時(shí)可看到少許紅色熒光，這是因?yàn)镈OX的化學(xué)作用。光照后NP-PSP+L和NP@PEDOX/PSP+L組都出現(xiàn)大量紅色熒光，說(shuō)明光照后對(duì)癌細(xì)胞的殺傷力大幅提升(Figure.5C)。

Figure5

最后作者進(jìn)行了納米粒子的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。注射24h后腫瘤部位的熒光強(qiáng)度達(dá)到zuida，NP@PEDOX/PSP+L組可成功抑制腫瘤的生長(zhǎng)。HE染色后發(fā)現(xiàn)NP-PSP+L和NP@PEDOX/PSP+L組都出現(xiàn)細(xì)胞壞死（Figure.6）。作者為了證明PDT可引發(fā)腫瘤免疫反應(yīng)，利用流式細(xì)胞儀檢測(cè)腫瘤組織微環(huán)境的免疫細(xì)胞種類(lèi)，發(fā)現(xiàn)PDT后樹(shù)突狀細(xì)胞增多，CD8T細(xì)胞增多，巨噬細(xì)胞從M2的免疫抑制狀態(tài)轉(zhuǎn)向M1的免疫激活狀態(tài)，脾和淋巴結(jié)中的樹(shù)突狀細(xì)胞和T細(xì)胞也有所增加（Figure.7）。

Figure6

Figure7

總結(jié)：作者開(kāi)發(fā)了自犧牲可生物降解的NP@PEDOX/PSP，可以觸發(fā)ROS的產(chǎn)生和DOX的釋放，用于聯(lián)合NIR-II熒光生物成像、光動(dòng)力刺激的免疫治療和光激發(fā)的化學(xué)治療。GSH可以有效地降解PEDOX和PSP。NP@PEDOX/PSP+L能產(chǎn)生單線氧，誘導(dǎo)DOX的快速釋放。作者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)NP@PEDOX/PSP+L處理后的4T1細(xì)胞和A549細(xì)胞可以被有效殺死。在體內(nèi)，NP@PEDOX/PSP在NIR-II生物成像中表現(xiàn)出良好的NIR-II熒光信號(hào)，可有效抑制4T1腫瘤的生長(zhǎng)，且無(wú)明顯副作用。NP@PEDOX/PSP+L的PDT作用可招募樹(shù)突狀細(xì)胞，促進(jìn)抗原特異性的CTLs到腫瘤組織微環(huán)境，以激活抗腫瘤免疫反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

doi.org/10.1002/adma.202203820.

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