2022-09-14 08:51:28, 恒光智影 上海恒光智影医疗科技有限公司
本文要点:半导体聚合物因其优良的光学特性,在癌症光疗方面具有广阔的应用前景;然而,其低生物降解性阻碍了临床应用。本文报道了一种用于NIR-II荧光生物成像、光动力免疫治疗和光活化化疗的可生物降解仿半导体聚合物PSP。以及另一个对活性氧(ROS)有响应,侧链连有阿霉素的聚合物PEDOX。两个聚合物共组装为NP@PEDOX/PSP。NP@PEDOX/PSP可以在肿瘤部位积累,808nm激光照射下产生ROS。ROS可以破坏PEDOX中的硫缩酮键,导致PEDOX快速释放阿霉素。PEDOX和PSP都被细胞内谷胱甘肽牲降解,导致NP@PEDOX/PSP的解离。
背景:半导体聚合物(SP)具有良好的光学性质,能产生ROS。但生物难以降解SP,使其生物相容性不高。为解决这个问题,SP经常与其他生物可降解聚合物进行物理共组装,或在其侧链上用生物相容性聚合物进行化学修饰。虽然该策略通过减少SP的数量,提高了SP的兼容性,但仍不能避免不可降解SP的使用,使得长期的生物安全问题尚未得到解决。另一方面,SP单独依赖ROS的PDT作用,对杀死肿瘤细胞效果不佳。所以,目前迫切需要具有生物降解性,且具有多种治疗作用的SP替代品。
研究内容:作者通过将带有荧光探针的聚合物PSP和阿霉素聚合物PEDOX组装成纳米颗粒,实现NIR-II区荧光成像,PDT治疗,免疫治疗和光激活化疗。PSP的主链上有BODIPY为母核的荧光探针以及二硫键,通过GSH破坏二硫键,实现生物降解。而PEDOX的侧链上有化疗药物阿霉素(DOX),对ROS响应的硫缩酮键把它连接到主链上,当PSP产生ROS时ROS破坏硫缩酮键,释放DOX产生化疗作用。而根据报道,PDT可激活体内的肿瘤免疫效应,实现免疫治疗。(Figure1)
Figure1
PSP的合成路线如Fig.2A所示。作者合成了含有双硫键的PSP和不含有双硫键的PSP-C,对比二者的光学性质。它们的吸收和发射曲线区别不大(Figure.2BC),但是PSP-C的吸光吸收更高。作者还评价了两者产生ROS的速度,利用DPBF接触ROS后,415nm上的吸收峰降低的性质,通过评价吸光度降低的速度评价ROS产生的速度。如Figure.2DE所示,PSP-C的斜率更高,ROS产生速度更快,这可能与其吸光系数更大有关。
Figure2
作者继续验证聚合物与硫醇的反应性。如Figure.3AB所示,通过ESI-MS结果可得,M3a与GSH孵育得到了GSH加合物,说明GSH可成功打断双硫键,对聚合物有生物降解作用。为了进一步验证,作者将M3a与另一种硫醇分子,巯基乙酸(MCA)反应,ESI-MS和H-NMR 结果显示两者可以加合(Figure.3CD)。通过将PSP与GSH孵育,PSP在凝胶渗透色谱中的洗脱时间从18.88 min逐渐增加到22.93 min(Figure3.E),表明GSH可以降解PSP。
Figure3
随后,PSP和PEDOX通过以1:10的比例自组装成NP@PEDOX/PSP。利用TEM进一步观察NP@PEDOX/PSP的形态(Figure.4A)。NP@PEDOX/PSP分布均匀,呈球形形态。DLS进一步表征结果表明,NP@PEDOX/PSP的平均水动力直径为70nm。相比之下,作者制备了仅用PEDOX自组装的纳米颗粒(NPPEDOX)和用PSP自组装的纳米颗粒(NP-PSP)。NP-PEDOX和NP-PSP的平均水动力直径分别为74和103nm(Figure.4B)。光学性质测定结果表明,NP@PEDOX/PSP在504nm和607nm处有两个显著的吸收峰,分别归属于DOX和PSP的吸收峰(Figure.4C),在1050和1054nm处均有主要的发射峰(Figure.4D)。此外,DOX和NP-PEDOX具有相似的吸收光谱,表明自组装对NP-PEDOX的吸收光谱的影响可以忽略不计。采用ESR对光激发产生的单线氧进行监测,使用TEMP作为探针,与单独的NP@PEDOX/PSP相比,光照射下NP@PEDOX/PSP的峰值强度增加了59.3%(Figure.4E),表明激光照射下ROS生成。作者使用ESI-MS来监测释放的DOX,在NP@PEDOX/PSP+L的混合物中发现了一个m/z 543.31的典型峰,可以归值给释放的DOX(Figure.4F)。说明单线氧可以通过破坏NP@PEDOX/PSP中的硫缩酮键来进一步触发DOX的释放。用HPLC进一步监测DOX的累积释放量,在48 h达到最大值65%(Figure.4G)。为了证明PEDOX对GSH响应性,作者采用凝胶渗透色谱(GPC)来监测分子量的变化。结果显示,PEDOX的洗脱时间逐渐增加(Figure.4H),说明GSH孵育后PEDOX的分子量降低,PEDOX可受GSH降解。随后,用DLS监测GSH孵育后NP@PEDOX/PSP直径的变化。如Figure.4I所示,孵育24h后NP@PEDOX/PSP的直径逐渐增大,表明了GSH诱导NP@PEDOX/PSP的解离。
Figure4
接下来作者检测纳米粒子的抗癌作用。MTT实验发现,NP@PEDOX/PSP+L对4T1和A549癌细胞具有显著的细胞杀伤作用,生长抑制率为84.67%和79.39%,分别是单独的NP@PEDOX/PSP的2.54倍和2.35倍(Figure.5A)。作者还使用DCFH-DA检测纳米粒子产生的ROS,如果有ROS产生,DCFH-DA会产生绿色,从Figure.5B中可看出,808nm激光处理下NP-PSP+L和NP@PEDOX/PSP+L处理的细胞显示出强烈的绿色荧光,表明PSP能有效地生成ROS(Figure.5B)。通过CLSM检测,进一步观察了NP@PEDOX/PSP的抗癌效果。结果表明,NP-PSP处理后的细胞具有较强的绿色荧光(Calcein-AM,细胞存活)而几乎没有红色荧光(碘化丙啶,细胞死亡),说明NP-PSP没有明显的毒性。当PEDOX存在时可看到少许红色荧光,这是因为DOX的化学作用。光照后NP-PSP+L和NP@PEDOX/PSP+L组都出现大量红色荧光,说明光照后对癌细胞的杀伤力大幅提升(Figure.5C)。
Figure5
最后作者进行了纳米粒子的体内实验。注射24h后肿瘤部位的荧光强度达到最大,NP@PEDOX/PSP+L组可成功抑制肿瘤的生长。HE染色后发现NP-PSP+L和NP@PEDOX/PSP+L组都出现细胞坏死(Figure.6)。作者为了证明PDT可引发肿瘤免疫反应,利用流式细胞仪检测肿瘤组织微环境的免疫细胞种类,发现PDT后树突状细胞增多,CD8T细胞增多,巨噬细胞从M2的免疫抑制状态转向M1的免疫激活状态,脾和淋巴结中的树突状细胞和T细胞也有所增加(Figure.7)。
Figure6
Figure7
总结:作者开发了自牺牲可生物降解的NP@PEDOX/PSP,可以触发ROS的产生和DOX的释放,用于联合NIR-II荧光生物成像、光动力刺激的免疫治疗和光激发的化学治疗。GSH可以有效地降解PEDOX和PSP。NP@PEDOX/PSP+L能产生单线氧,诱导DOX的快速释放。作者发现,经NP@PEDOX/PSP+L处理后的4T1细胞和A549细胞可以被有效杀死。在体内,NP@PEDOX/PSP在NIR-II生物成像中表现出良好的NIR-II荧光信号,可有效抑制4T1肿瘤的生长,且无明显副作用。NP@PEDOX/PSP+L的PDT作用可招募树突状细胞,促进抗原特异性的CTLs到肿瘤组织微环境,以激活抗肿瘤免疫反应。
参考文献
https://doi.org/10.1002/adma.202203820.
⭐️ ⭐️ ⭐️
近红外二区小动物活体荧光成像系统 - MARS
NIR-II in vivo imaging system
有不同型号的样机可以测试,请联系:
艾中凯(博士)
132 6299 1861
⭐️ ⭐️ ⭐️
恒光智影
上海恒光智影医疗科技有限公司,专注于近红外二区成像技术。致力于为生物医学、临床前和临床应用等相关领域的研究提供先进的、一体化的成像解决方案。自主研发近红外二区小动物活体荧光成像系统-MARS。
与基于可见光波长的传统成像技术相比,我们的技术侧重于X射线、紫外、红外、短波红外、太赫兹范围,可为肿瘤学、神经学、心血管、药代动力学等一系列学科的科研人员提供清晰的成像效果,助力科技研发。
同时,恒光智影还具备探针研发能力,我们已经成功研发了超过15种探针,这些探针将广泛地应用于众多生物科技前沿领域的相关研究中。
⭐️ ⭐️ ⭐️
上海恒光智影医疗科技有限公司
地址:上海市浦东新区张江高科碧波路456号 B403-3室
网址:www.atmsii.com
邮箱:ai@atmsii.com
电话:132 6299 1861 (同微信)
⭐️ ⭐️ ⭐️
01-09 安捷伦细胞分析
在线讲座 | 线粒体功能研究思路与案例分享01-09 安捷伦细胞分析
酶标仪高端玩家指南:搭载合成生物学传感器的可穿戴设备研发01-09 安捷伦细胞分析
细胞说 | 免疫细胞代谢01-09 安捷伦细胞分析
喜报!鉴知技术获评北京市“专精特新”中小企业!01-08 鉴知技术
因美纳扩大与杨森的合作,推进肿瘤分子残留病灶检测开发01-08
卓立·大事记 | 盘点2023客户案例,利用光谱成像技术助力科研创新高!01-08 光电行业都会关注
Quantum Design中国正式成为Lake Shore Cryotronics, Inc. 公司中国区独家经销商01-08
乐研年初大放价,福利大放送01-08 乐研
应用案例|大容量9系三元锂离子电池热失控测试01-08 浙仪应用研究院
【不忘初心·共期致远】欧美克2023年度大事记01-08 欧美克仪器
NS-90Z Plus丨纳米粒度及电位分析仪01-08 欧美克仪器
中共中央政治局常委丁薛祥到兰友科技调研01-06
小寒 | 无畏九寒天 跨越征途待春归01-06 SHINE
时令新知丨小寒——穿越严寒,便是春意盎然01-05
恭喜天津大学纳米中心2024首篇 Nature: 半导体石墨烯新突破01-05 Park原子力显微镜
业务喜报丨易文赛干细胞新药IND获批!01-05 生物医药市场部
《第一财经》专题报道 | 微谱科技集团为化妆品企业提供高质量一站式技术服务01-05
技术分享丨微谱油田助剂结构解析,助力企业提升核心竞争力!01-05 先进制造事业群
干货分享 | 提交节点已至,原料质量安全信息存在的问题点及驳回案例汇总01-05 妆博士