为了提高骨转移瘤的治疗效果，目前的治疗策略主要集中在化疗和光疗的结合上，具有给体-受体-给体(D-A-D)结构的小分子由于其可调的光物理性质、良好的生物相容性和化学柔性而受到越来越多的关注。目前，D–A–D小分子已被广泛用于NIR-II FI和NIR-I PTT。近日，来自南京邮电大学的范曲立教授联合郑大一附院骨科李岱峰共同报道了一种光疗纳米粒子(BTZ/Fe2+@BTF/ALD)，用于NIR-II荧光成像和NIR-II光声成像引导的NIR-II光热治疗(PTT)、化疗和化学动力学治疗(CDT)乳腺癌骨转移。这种光疗是通过将多巴胺修饰的NIR-II吸收供体-受体-供体小分子(BBT-FT-DA)、硼酸盐抗癌药物Bortezomib(BTZ)和Fe2+作为CDT催化剂整合到骨靶向配体阿伦磷酸酯修饰的两亲性聚乙二醇化磷脂中（图1）。相关研究成果以“NIR-II Excitation Phototheranostic Platform for Synergistic Photothermal Therapy/Chemotherapy/Chemodynamic Therapy of Breast Cancer Bone Metastases”为题于2022年10月10日发表在《Adv. Sci.》上。
图1 NIR-II光热纳米平台示意图 首先作者首先通过前人报道的BBT和FT的Stille偶联反应合成了D-A-D，最后，通过氨基多巴胺与BBT-FT-PEGCOOH的酰胺化反应合成了BBT-TF-DA。BBT-FT-DA侧链上的多巴胺基团分别通过高活性的硼酸-二醇共轭作用和配位作用赋予分子对BTZ和Fe2+的有效共轭亲和力。将NIR-II荧光单体BBT-FT-DA、抗癌药物BTZ和Fe2+引入到DSPE-mPEG2000中，形成BTF-DA/BTZ/Fe2+纳米粒子(BTZ/Fe2+@BTF-DA)。 1. BTZ/Fe2+@BTF-DA的表征 之后，作者对合成的纳米粒子进行了一系列的表征。图1A-D显示了通过动态光散射(DLS)测量的BTZ/Fe2+@BTF-DA和其他三种纳米颗粒的流体动力学直径，TEM图像显示纳米颗粒都具有均匀的类球形形貌。同时，保存4周后也不会发生明显的变化（图1E-F），这意味着这些纳米颗粒在体外具有良好的胶体稳定性。TEM-EDS表明与O和S元素一样，Fe均匀分布在纳米粒子结构中(图1G)。当激发波长为1064 nm时，BTZ/Fe2+@BTF-DA在1100-1300 nm处发出强烈的NIR-II荧光(图1J)。
图2 纳米粒子的表征 在此基础上，进一步测定了纳米粒子在1064 nm激光照射下的功率放大幅度。如图3A所示，在1064 nm(1W cm−2，6 min)的照射下，BTZ/Fe2+@BTFDA表现出良好的光热性能，使水相温度升高到61.5°C，BTZ/Fe2+@BTFDA的光热转换效率(34.95%)略高于BTFDA(31.38%) (图3B)。此外，NIR-II PAI信号的强度随着浓度的增加而线性增加(图3D），这些NIR-II FI和NIR-II PAI特性确保了BTZ/Fe2+@BTF-DA具有通过光学成像进行肿瘤检测的良好潜力。经1064 nm激光照射后，粒子在pH为5.5时的释放率显著提高，表明该物质也具有光热响应性。特别是在1064 nm激光照射下，ESR谱中产生了更强的·OH信号，说明高温加速了类Fenton催化反应。BTZ的释放速度和·OH产生速度可以显著加快，这将有助于避免药物从受照射的肿瘤部位释放而产生的不良副作用（图3H）。
图3 纳米粒子的光热响应性 2. BTZ/Fe2+@BTF-DA的体外抗癌作用 作者首先通过体内NIR-II荧光检测了BTZ/Fe2+@BTFDA在4T1细胞中的细胞内行为。孵育4 h后，NIR-II FI信号强度明显增强，BTZ/Fe2+@BTF-DA纳米粒子还负载了异硫氰酸荧光素(FITC)，并通过观察FITC荧光信号来检测细胞摄取（图4A），亮绿色荧光表明BTZ/Fe2+@BTF-DA有效的细胞内化，具有催化活性同时使用荧光探针评价了细胞内·OH水平。为了进一步研究过氧化氢的产生和细胞内·OH释放的光热响应性，采用流式细胞仪检测绿色荧光信号的强度，结果表明BTZ/Fe2+@BTF-DA孵育的4T1癌细胞的绿色荧光强度明显更强(图4D-E)，细胞存活率进一步证实了这一点（图4F-H）。
图4 纳米粒子的体外抗癌效果 3. NIR-II免疫荧光与4T1小鼠异种移植瘤的体内抗癌效应 为了确定体内NIR-II PTT/化疗/CDT的最佳治疗时间点，用NIR-II FI和NIR-II PAI研究了BTZ/Fe2+@BTF-DA在4T1荷瘤模型中的蓄积和生物分布。静脉注射后，肿瘤区域的NIR-II荧光信号逐渐增强，在注射后12h达到高峰(图5A，B)。此时，NIRII荧光信号强度是注射前的8.94倍，表明BTZ/Fe2+@BTF-DA在肿瘤组织中积聚。与NIR-II FI结果类似，NIR-II PA信号强度逐渐增强，对于肿瘤部位，注射后12小时的信号强度几乎是注射前的8.8倍(图5C，D)。此外，接受协同NIR-II PTT/化疗/CDT治疗(BTZ/Fe2+@BTFDA+1064 nm激光组)的小鼠在抑制中显示出几乎完全的肿瘤，并且在给药后14天肿瘤太小，无法提取(图5G)。肿瘤重量分析显示，BTZ/Fe2+@BTF-DA+1064 nm激光组的抑瘤率最高(图5I)，HE染色进一步验证了BTZ/Fe2+@BTF-DA具有显著的体内抗癌效果（图5J）。
图5 纳米粒子的体内抗癌效果 4. BTZ/Fe2+@BTF/ALD在4T1骨转移模型中的体内抗癌作用 此外，作者还利用ALD修饰的DSPE-mPEG2000(DSPE-mPEG2000ALD)和DSPE-mPEG2000负载BTF-DA、BTZ和Fe2+来制备稳定的骨靶向纳米粒子BTZ/Fe2+@BTF/ALD（图6A）。采用体内近红外光谱分析技术研究了BTZ/Fe2+@BTF/ALD的体内外骨靶向能力，证实了BTZ/Fe2+@BTF/ALD对HAP具有良好的亲和力，动物实验证实了由于ALD对钙离子的亲和力，BTZ/Fe2+@BTF/ALD具有良好的骨靶向能力，体内成像结果与体外结果一致（图6B-G）。
图6 纳米粒子在4T1骨转移模型中的体内抗癌作用 综上，本文提出了一种NIR-II(1000-1700 nm)激发光疗(BTZ/Fe2+@BTF/ALD)，用于NIR-II荧光成像和NIR-II光声成像引导的NIR-II光热治疗(PTT)、化疗和化学动力学治疗(CDT)乳腺癌骨转移。在酸性和过氧化氢过量表达的肿瘤微环境中，BTZ和Fe2+释放以启动Fenton反应，即分别启动化疗和CDT。利用小鼠4T1骨转移模型证实，BTZ/Fe2+@BTF/ALD通过协同NIR-II PTT/化疗/CDT效应显著抑制骨组织中肿瘤细胞的进展。总体而言，这项工作为指导NIR-II光疗治疗乳腺癌骨转移的发展提供了新的见解。 Glpbio是领先的高性能的生命科学产品供应商之一，产品涵盖癌症、神经科学、抗感染、表观遗传学等20个热门研究领域，覆盖Akt、Jak等近千个细分靶点 想了解更多关于FITC, Fluorescein isothiocyanate 的知识请关注Glpbio |
