本文要點：本文中，設計了可改變大小的 NIR-II納米治療劑(BBT-HASS@FPMPL NPs)，以同時增強在深部腫瘤組織中的穿透和滯留，從而實現精確成像和有效的PTT 治療。BBT-HASS@FPMPL NPs表現出 pH 觸發(fā)的電荷逆轉行為，腫瘤微環(huán)境介導的大小轉換，以及隨后的游離BBTN+釋放的過程通過胞質轉運進入深部腫瘤組織。結合 BBT-HASS @ FPMPL NPs 的 NIR-II 熒光和光熱特性可實現NIR-II 熒光圖像引導光熱治療，有效抑制皮下腫瘤。由于良好的細胞攝取、在腫瘤組織中的深度滲透和 NIR-II 熒光圖像的高分辨率，僅注射一劑即可持續(xù) 6 天。作者期望將 NIR-II 熒光的高分辨率與深度腫瘤穿透和長的腫瘤內滯留相結合的這種納米治療平臺可用于實時監(jiān)測腫瘤過程、精確診斷和增強的光療。

 

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圖1. BBT-HASS@FPMPL納米粒子的合成與表征

 

使用FTIR光譜分析 FPMPL 的結構，1705cm-1處的峰歸因于 DMMA 的 C–C(圖1a)，表明成功將DMMA綁定到EPL，在 1115cm-1和 2886cm-1 處的 C–O 和 C–H 拉伸振動峰值表明成功引入了 FA-PEG。為了實現電荷反轉特性和尺寸減小，BBT-HA NPs被PEG-FA修飾的聚賴氨酸（FPMPL）外殼進一步封裝，以產生BBT-HASS @ FPMPL NPs。圖1c表明，酸性條件可以導致BBT-HASS @ FPMPL NPs的電荷反轉。圖1e顯示，在pH 6.5下用GSH和透明質酸酶（Hyal）同時處理后，BBTN+能夠從BBT-HASS @ FPMPL NPs釋放。這揭示了在 pH 6.5 時，通過Hyal和 GSH 共同作用，有利于BBTN+在腫瘤深部組織的有效滲透和滯留。

圖2. BBT-HASS@FPMPL NPs的光物理性質和光熱性能

 

如圖2a所示，BBT-HASS@FPMPL NPs顯示出從 600 -1000 nm的強而寬的吸收帶，這可以歸因于BBTN+片段；并且在約 1101 nm 處也顯示出強烈的 NIR-II 發(fā)射帶，這表明是一種潛在的 NIR-II 成像劑。BBT-HASS@FPMPL 的升溫與濃度和激光功率密度呈正相關，進一步計算出BBT-HASS @ FPMPL NPs的光熱轉換效率為 20.4 %(圖2e)。經過 5 次激光輻照加熱/冷卻循環(huán)后，最高溫度仍可達到與原始納米粒子相同的水平(圖2f)，顯示出BBT-HASS@FPMPL的良好的光熱穩(wěn)定性和在光熱治療上的巨大潛力。

圖3. 通過三維4T1 細胞球體模型對BBT-HASS@FPMPL NPs進行體外滲透評估

圖4. BBT-HASS @ FPMPL NPs在 4T1 腫瘤細胞中的特異性滯留增強

 

圖3 表明BBT-HASS @ FPMPL NPs能有效進入4T1細胞，并且加入胞吞抑制劑NaN3 后，熒光強度顯著降低，而胞吐抑制劑vacuolin-1 處理的細胞熒光更強(圖3a，b)。圖3c-e表明在 pH 6.5 時發(fā)生完全電荷反轉并且FPMPL外殼的pH依賴性陽離子化和脫離可以促進腫瘤穿透。這一發(fā)現揭示了BBT-HASS@FPMPL NPs在酸性條件下的滲透能力可能是由跨細胞轉運引起的。

 

圖4 表示BBT-HASS@ FPMPL NPs的 HA/FA 雙靶向能力有利于細胞攝取。并且經過引入 HA 和二硫鍵后，游離BBTN+可從BBT-HASS@FPMPL NPs釋放并與腫瘤微環(huán)境中硫醇和 Hyal反應，以延長滯留時間。BBTN+信號隨著孵育時間的推移而逐漸增加，與初始強度相比，第2天BBTN+的平均熒光強度增加了10.3倍。綜上所述，這些現象表明BBT- HASS@FPMPL NPs可能是一種用于腫瘤長期成像的特異性 NIR-II 探針。

圖5. BBT-HASS@FPMPL NPs的體外細胞毒性分析

 

通過 MTT 法評估BBT-HASS @ FPMPL NPs的增強光熱治療效果，并用中性共軛BBT NPs與BBT-HASS @ FPMPL NPs進行比較。如圖5、b所示，4T1 細胞在激光照射下用BBT-HASS @ FPMPL NPs處理時，細胞存活率隨著濃度的增加而逐漸降低。圖5c通過 Calcein-AM/PI 染色進一步驗證了BBT-HASS @ FPmpl NPs增強的 PTT 療效。圖5d使用膜聯(lián)蛋白V-FITC/PI 凋亡試劑盒，通過流式細胞儀分析評價細胞凋亡情況。本發(fā)現揭示了BBT- HASS@FPMPL NPs能夠顯著提高 PTT 療效。

圖6. 在荷瘤小鼠中通過BBT-HASS@FPMPL NPs進行體內 NIR-II 熒光成像和實時腫瘤監(jiān)測

 

考慮到BBT-HASS @ FPMPL NPs具有良好的NIR-II 熒光發(fā)射，于是在4T1腫瘤小鼠中檢測了它們的 NIR-II 成像性能。圖6a-d表明，由于BBT-HASS@FPMPL NPs具有良好的NIR-II光學空間分辨率和對比度，可改善體內圖像。如圖6e所示，BBT- HASS@FPMPL NPs可主動靶向腫瘤組織，注射BBT-HASS@FPMPL NPs僅 2 h，在腫瘤部位即可檢測到明顯的NIR-II 熒光信號。BBT-HASS @ FPMPL NPs在腫瘤區(qū)域的熒光強度在 24 h內逐漸增強(圖6f)，12 h 時信噪比達到最大值 7(圖6g)。結果證明BBT-HASS@FPMPL NPs可作為高效的 NIR-II 探針，用于實時可視化腫瘤過程，并可精確測量腫瘤的真實大小。

圖7. 體內 PTT 療效及組織學分析

 

在 4T1 荷瘤裸鼠中研究了BBT-HASS @ FPMPL NPs的體內光熱效應和抗腫瘤效應。隨著激光照射時間的延長，PBS 組的腫瘤溫度幾乎保持相同，而激光照射下BBT-HASS@FPMPL NPs組腫瘤溫度迅速升高至 53.2 ℃。且激光照射下接受BBT-HASS @ FPMPL NPs治療的小鼠，其瘤體生長明顯受到抑制，說明BBT-HASS @ FPMPL NPs具有良好的光熱特性和抗癌功效。圖7g顯示小鼠體重在實驗過程中沒有明顯波動，表明BBT-HASS @ FPMPL NPs沒有明顯的系統(tǒng)毒性。H&E、TUNEL、Ki67染色均證實了BBT-HASS @ FPMPL NPs的良好 PTT 療效。通過血液學和血液生化分析，BBT-HASS@FPMPL NPs組的血液學指標與 PBS 組和對照組相比幾乎沒有差異，表明無肝和腎毒性。

 

參考文獻

Su, P.; Sun, W.; Wang, G.; Xu, H.; Bao, B.; Wang, L., Size transformable organic nanotheranostic agents for NIR-II imaging-guided oncotherapy. Journal of Colloid and Interface Science 2024, 654, 740-752.

 

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