本文要點(diǎn)：光熱診斷和治療是一種新型的腫瘤診療方式，該技術(shù)能將吸收的光子轉(zhuǎn)化為成像信號和熱能，通過提高腫瘤部位的溫度并在特定時間內(nèi)將其維持在有效的治療水平，實(shí)現(xiàn)破壞腫瘤細(xì)胞同時保存正常細(xì)胞的雙重效果。

眾所周知， NIR-II激光可以有效穿透組織，抑制生物樣品對光子的吸收和散射。因此具有熒光成像和PTT特性的納米平臺可以實(shí)現(xiàn)高分辨率光學(xué)成像和深穿透光療，有助于最大限度地?fù)p傷癌細(xì)胞，同時減少對周圍正常組織的損傷。

近年來報(bào)道了多種用于引導(dǎo)PTT的NIR- II熒光納米探針，在眾多納米平臺中，作為零維納米材料的量子點(diǎn)（QD），具有優(yōu)異的成像和光熱轉(zhuǎn)換（PTC）能力，為腫瘤的PTT治療提供了希望。但同時它們在臨床應(yīng)用中仍面臨諸如生物相容性差、長期安全性的不確定性和有限的可降解性等重大障礙。

因此，人們探索納米材料的可能性，開發(fā)了具有更大的比表面積、更高的PTC效率和更多的活性位點(diǎn)的二維納米材料，使其成為生物成像引導(dǎo)的腫瘤PTT的有力候選者。然而，這些無機(jī)二維PTC材料同樣生物相容性較低、可降解性較弱且靶向特異性有限，增加了體內(nèi)器官的細(xì)胞毒性和代謝負(fù)擔(dān)。為了解決這些問題，有必要開發(fā)具有高生物相容性的生物活性二維納米材料以用于腫瘤治療。

 

 

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本文中，來自青島大學(xué)的魏剛教授團(tuán)隊(duì)提出了一種二維（2D）納米平臺的分子設(shè)計(jì)和生物制造方法，為腫瘤的協(xié)同生物成像和光熱療法展現(xiàn)了廣闊的前景。如圖1所示，首先，通過肽自組裝設(shè)計(jì)并制備了生物相容性二維肽納米片（PNS）。這些多肽納米片可作為聚乙二醇修飾的 Ag2S 量子點(diǎn)（PEG-Ag2S QD）的支撐基質(zhì)，形成具有獨(dú)特?zé)晒夂凸鉄崽匦缘亩�維納米平臺（PNS/PEG-Ag2S QD）。所設(shè)計(jì)的二維納米平臺不僅改善了光熱效應(yīng)，提高了光熱轉(zhuǎn)換效率（52.46%），而且在體外和體內(nèi)對腫瘤都有顯著的殺傷力。此外，它在第二近紅外窗口（NIR-II, 1000-1700 nm）中顯示出卓越的成像效果，使其適用于協(xié)同熒光成像引導(dǎo)的腫瘤 PTT。這項(xiàng)研究不僅為設(shè)計(jì)和合成二維多肽組裝體提供了一種簡便的方法，還提出了新的生物仿生策略，以創(chuàng)建用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的功能性二維有機(jī)/無機(jī)納米平臺。

圖1. 二維PNS/PEG-Ag2S QD的合成及其在腫瘤熒光成像和PTT中的應(yīng)用示意圖

 

本工作中的PNSs通過肽自組裝（PSA）制備，而PSA過程是由各種非共價相互作用驅(qū)動的，如氫鍵、π-π堆疊、靜電力以及疏水和范德華力，這些相互作用通常受到pH、溫度、溶劑類型和離子強(qiáng)度等因素的影響。因此，作者使用Fmoc-FKKGSH肽探索了不同條件對自組裝結(jié)構(gòu)的影響。最終確定：溶劑中0.1%TFA與乙醇的最佳比例為1:9，最佳反應(yīng)時間約為6 h，此時肽分子的自組裝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，呈現(xiàn)出β折疊構(gòu)象，生長成尺寸均勻、形狀規(guī)則的圓形片狀結(jié)構(gòu)。作者還認(rèn)為在Fmoc-FKKGSH的等電點(diǎn)（pI=10.6）以上時，隨著pH逐漸升高，其結(jié)構(gòu)中氨基的部分去質(zhì)子化可促進(jìn)更廣泛的橫向和垂直堆疊相互作用，從而形成更明顯的層狀肽結(jié)構(gòu)。遺憾的是，文中并沒有展示pH影響肽自組裝的結(jié)果。

圖2. 肽的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象和自組裝形態(tài)

 

得到PNS后，作者接著合成PEG-Ag2S QD。在室溫下將Na2S和AgNO3依次加入COOH-PEG-SH溶液中，然后將混合反應(yīng)溶液在水浴中加熱2 h，即得到均勻的棕色懸浮PEG-Ag2S QD。值得注意的是，作者參考以往研究，將Ag與S的摩爾比調(diào)整為4:1，利用過量的Ag+修飾表面鈍化，防止深阱態(tài)引起的發(fā)射強(qiáng)度降低，這使PEG-Ag2S QD在NIR-II區(qū)表現(xiàn)出以1050 nm為中心的強(qiáng)發(fā)射峰。

圖3. PEG-Ag2S QD的表征（TEM圖像與光譜特征）

 

肽平面和量子點(diǎn)納米顆粒的成功制備又引入了新的問題：如何促進(jìn)兩者高效地結(jié)合？作者利用EDC/NHS方法激活PEG-Ag2S QD表面豐富的-COOH基團(tuán)，在其表面形成對伯胺和仲胺具有較高的反應(yīng)活性的琥珀酰亞胺酯基，以此促進(jìn)活化的PEG-Ag2S QD共價偶聯(lián)到富含-NH2基團(tuán)的PNS表面。作者還進(jìn)一步使用TEM、TTIR光譜全XPS光譜證實(shí)了PNS/PEG-Ag2S QD的成功合成。

圖4. PNS/PEG-Ag2S QD的合成與表征

 

該復(fù)合物在測試中展現(xiàn)出快速的光吸收和優(yōu)秀的PTC性能，證實(shí)了其作為PTT平臺的潛力。為了探索納米平臺光熱轉(zhuǎn)化的最佳條件，作者調(diào)整QD濃度、輻照功率密度和輻照時間，展示了納米平臺治療溫度在一定范圍內(nèi)的可調(diào)節(jié)能力。在此，作者還發(fā)現(xiàn)：肽納米片除了提高生物相容性外，還提高了PTC效率（η=52.46%）。他們認(rèn)為是二維平面的收斂增強(qiáng)了PEG-Ag2S QD的光吸收能力，在一定程度上阻止了光散射，從而提高了PTC的效率。

圖5. PNS/PEG-Ag2S QD的PTC性質(zhì)

 

在將PNS/PEG-Ag2S QD應(yīng)用于體內(nèi)成像和光熱治療之前，作者首先評價了其體外的細(xì)胞毒性和PTT效果。結(jié)果顯示，復(fù)合物對MCF-7和MG-63細(xì)胞都表現(xiàn)出較低的細(xì)胞毒性，而在激光照射下則表現(xiàn)顯著的腫瘤殺傷能力，對MCF-7細(xì)胞致死率達(dá)93.27%。

圖6. PNS/PEG-Ag2S QD的細(xì)胞活力測試

圖7. PNS/PEG-Ag2S QD的體外PTT檢測

 

作者進(jìn)而使用MCF-7荷瘤小鼠為模型測試PNS/PEG-Ag2S QD的體內(nèi)PTT療效。與對照組相比，接受PTT治療組小鼠的腫瘤在14天內(nèi)被完全根除，沒有復(fù)發(fā)。治療過程中，注射了PNS/PEG-Ag2S QD的小鼠體重沒有發(fā)生明顯變化；主要器官H&E染色也顯示沒有明顯的損傷。這說明了該平臺卓越的PTT體內(nèi)腫瘤消融能力和良好的生物相容性。同時，PNS/PEG-Ag2S QD顯示出其作為NIR-II熒光顯像劑優(yōu)良而敏感的優(yōu)勢，能夠精準(zhǔn)地靶向腫瘤并富集、提供明亮熒光信號，實(shí)現(xiàn)了腫瘤部位清晰的視覺診斷。

圖8. 體內(nèi)PTT和熒光成像

圖9. 小鼠主要臟器H&E染色

 

參考文獻(xiàn)

Luan X, Hu H, Sun Z, He P, Zhu D, Xu Y, Liu B, Wei G. Assembling Ag2S quantum dots onto peptide nanosheet as a biomimetic two-dimensional nanoplatform for synergistic near infrared-II fluorescent imaging and photothermal therapy of tumor. J Colloid Interface Sci. 2024 Feb 21;663:111-122. 

 

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