陳小元、黃飛鶴、毛崢偉& Peter J. Stang Nat. Commun.: 一種離散的有機鉑（II）金屬催化劑作為癌癥光化學療法的多模式治療平臺

【引言】

在過去的幾十年中，隨著生物醫學和分子生物學的快速發展，對癌癥生物學的本質有了更深層次的理解。在全球癌癥死亡率的不斷上升情況下，開發出有效的癌癥治療和診斷劑，以有效的降低癌癥死亡率已成為重中之重。但是，由于化療藥物有著嚴重的副作用和誘導耐藥性產生的缺陷，故而化學療法在其臨床應用中，經常出現腫瘤的復發和轉移。目前，為了加強患者的治療效果，比較流行的是將具有不同抗癌機制優點的治療方法結合起來以實現“1+1＞2”的治療效果。例如，光動力療法由于其微創性、可忽略的全身毒性、較少的副作用和有效避免耐藥性的優點，能很好的改善傳統治療效果。但是，由于疏水性光敏劑會出現的嚴重聚集，使得其光動力治療效果降低甚至消失。因此設計具有高單線態氧（¹O₂）量子產率（QY）的光敏劑仍然是具有挑戰性的。

【成果簡介】

近日，美國國立衛生研究院的陳小元教授、浙江大學的黃飛鶴教授和毛崢偉副教授以及美國猶他州大學的Peter J. Stang教授（共同通訊作者）等報道了一種利用順式—(PEt₃)₂Pt(OTf)₂構建的一種離散的有機鉑（II）金屬丙烯酸酯以改善¹O₂ QY，從而實現協同抗癌的功效。具有三模態成像能力的金屬填充納米顆粒（MNPs）可以精確診斷腫瘤并實時監測MNPs的遞送過程、生物分布和排泄情況。MNPs對U87MG、耐藥性A2780CIS和原位腫瘤模型都表現出優異的抗腫瘤轉移作用和優異的抗腫瘤性能，并且在單次治療后消除的腫瘤不在復發。通過基因芯片分析實驗證實了不同治療方式對腫瘤消除的各自貢獻。 因此這種超分子平臺在精確的癌癥診斷治療中具有巨大的潛力。研究成果以題為“A discrete organoplatinum(II) metallacage as a multimodality theranostic platform for cancer photochemotherapy”發表在國際著名期刊Nat. Commun.上。本文第一作者為：喻國燦。

【圖文導讀】

圖一、用作多功能診斷治療平臺的MNPs的示意圖
（a） TPP、cPt、DSTP、M、mPEG-b-PEBP和RGD-PEGb-PEBP的分子結構；

（b） 腫瘤組織中MNPs積聚隨EPR效應和受體介導內吞作用的示意圖及其在皮下（U87MG）、耐藥（A2780CIS）、原位（4T1和LM3）腫瘤治療和肺轉移中的應用。

圖二、MNPs的表征及其PDT效應
（a） MNPs中的cPt的³¹P{¹H}(202.3 MHz, 293 K) 表征；

（b） MNPs中的M的³¹P{¹H}(202.3 MHz, 293 K) 表征；

（c） MNPs的AFM；

（d） 由MPEG-b-PEBP和RGD-PEG-b-PEBP形成的NPs的DLS，形成之前（黑線）和形成之后封裝M（紅線）；

（e） 由MPEG-b-PEBP和RGD-PEG-b-PEBP形成的NPs的Zeta電位，形成之前（黑線）和形成之后封裝M（紅線）；

（f） 不同的照射時間（671 nm，0.5 W. cm^-2）后，含有SOSG和TPP（M或MNP）的溶液在532 nm處的熒光強度發生變化；

（g） 不存在和存在NaN3（10.0 μM）的情況下，在照射（671 nm，0.5 W.cm^-2, 10 min）后，含有SOSG和TPP（M或MNP）的溶液在532 nm處的熒光強度發生變化；

（h） M的時間密度泛函理論分子模擬。

圖三、MNPs的體外靶向遞送活性和協同抗癌作用
（a） 用MNPs培養的U87MG細胞2 h的CLSM圖像；

（b） 用MNPs培養的U87MG細胞4 h的CLSM圖像；

（c） 用MNPs培養的U87MG細胞4 h并用游離cRGDfK預處理30 min的CLSM圖像；

（d） 在不使用cRGDfK的MNPs或NPs處理不同孵育時間后，U87MG細胞的平均熒光強度（MFI）；

（e） 在不使用cRGDfK的MNPs或NPs處理不同孵育時間后，U87MG細胞內的鉑含量；

（f） 用不同給藥處理的U87MG細胞的細胞毒性；

（g） U87MG細胞的熒光圖像在不同處理后與鈣黃綠素AM/PI共染色；

（h） 不同處理誘導U87MG細胞凋亡的FCM分析。

圖四、體內三態成像
（a） TPP、M和MNPs的熒光光譜；

（b） 在小鼠血清中孵育24 h后，⁶⁴Cu@MNP的放射TLC色譜圖；

（c） Mn@MNPs（或DTPA-Gd）的T1-1與Mn（或Gd）濃度的關系曲線；

（d） 從不同Mn（或Gd）濃度的Mn@MNPs（或DTPA-Gd）水溶液中獲得的T1加權MRI結果（7T）；

（e） 靜脈注射U87MG荷瘤裸鼠的NIRFI；

（f） 在注射MNPs后24 h，從攜帶U87MG腫瘤的小鼠分離的主要器官的離體圖像；

（g） 在注射⁶⁴Cu@MNPs（150 μCi）后2, 4, 6, 12, 24和48 h，攜帶U87MG腫瘤的裸鼠的PET圖像；

（h） 小鼠預注射和注射Mn@MNPs后的體內T1加權軸向MRI圖像（7T）；

（i） ⁶⁴Cu@MNPs在血液、肝臟、脾臟和腫瘤中的生物分布的時間- 活性曲線（n = 3）；

（j） 注射⁶⁴Cu@MNPs后48 h，主要器官中⁶⁴Cu@MNPs的定量生物分布；

（k） 注射Mn@MNPs或DTPA-Gd（n = 3）后2, 4, 6和24 h腫瘤部位的SNR比率的定量分析。

圖五、體內協同抗腫瘤作用
（a） 注射cPt和MNPs后血漿鉑濃度與時間的關系；

（b） 注射MNPs后不同時間點Pt的生物分布（n = 4）；

（c） 注射cPt（2 mg Pt/kg）后不同時間點Pt的生物分布（n = 4）；

（d） 不同配方后小鼠的腫瘤生長曲線（n = 9）；

（e） 接受不同的制劑后，小鼠的U87MG腫瘤的重量；

（f） 用不同制劑處理后攜帶U87MG腫瘤的小鼠的Kaplan-Meier圖；

（g） 用各種制劑給藥的小鼠收集的腫瘤組織的H＆E、TUNEL和Ki67染色。

圖六、用不同制劑處理的小鼠的腫瘤的全基因表達分析
（a） GeneChip?PrimeView?人類基因表達的熱圖用化療、PDT或光化學療法治療的小鼠陣列；

（b） 與未處理的對照組相比，用MNPs處理的腫瘤的改變的遺傳譜；

（c） 與未處理的對照組相比，用TPPNPs+L處理的腫瘤的改變的遺傳譜；

（d） 與未處理的對照組相比，用MNPs+L處理的腫瘤的改變的遺傳譜；

（e） 維恩圖顯示來自三種不同處理的顯著改變的基因中的共同特征的數量；

（f） 選擇潛在的基因靶標參與腫瘤消退以響應不同的治療方法。

圖七、針對抗性癌癥模型的體內抗腫瘤功效
（a） 用不同給藥處理的A2780CIS細胞的細胞毒性；

（b） 不同處理后A2780CIS細胞膜聯蛋白V/PI分析；

（c） 不同處理后小鼠的體內腫瘤生長抑制曲線（n = 9）；

（d） 不同處理后小鼠的體內腫瘤體重變化（n = 9）；

（e） 不同處理后A2780CIS腫瘤的重量；

（f） 用不同處理方法處理的小鼠的Kaplan-Meier圖；

（g） H＆E和Ki67分析不同處理后的腫瘤組織。

圖八、原位乳腺癌的治療及對肺轉移的抑制作用
（a） 一次注射后用PBS、光、cPt、MNPs、TPPNPs+L或MNPs+L處理的小鼠的腫瘤體積變化（n = 8）；

（b） 用不同制劑處理的小鼠的腫瘤重量；

（c） 用不同制劑處理的帶有原位4T1乳腺腫瘤的小鼠的Kaplan-Meier存活曲線；

（d） 每組腫瘤組織的H＆E染色；

（e） 每組切除肺的代表性圖像；

（f） H＆E染色后各組肺組織轉移灶的組織學檢查；

（g） 用不同制劑處理的小鼠收獲的原位腫瘤的照片圖像；

（h） 每組肺部存在腫瘤結節的數量；

（i） 各組肺部腫瘤覆蓋率；

（j） 注射后第14 d用不同制劑處理的小鼠的PET/CT圖像。

圖九、治療原位肝癌

（a） 用PBS處理的原位LM3腫瘤的小鼠的腫瘤體積變化；

（b） 用cPt處理的原位LM3腫瘤的小鼠的腫瘤體積變化；

（c） 用MNPs處理的原位LM3腫瘤的小鼠的腫瘤體積變化；

（d） 用TPPNPs + L處理的原位LM3腫瘤的小鼠的腫瘤體積變化；

（e） 用MNPs + L處理的原位LM3腫瘤的小鼠的腫瘤體積變化；

（f） 用不同制劑處理的帶有原位LM3腫瘤的小鼠的Kaplan-Meier存活曲線；

（g） 用不同制劑處理的小鼠收集的含有LM3腫瘤的肝組織的照片圖像；

（h） 每組肝組織的H＆E和Ki67染色；

（i） 用不同制劑處理的小鼠的PET/CT圖像；

（j） 用不同配方處理的小鼠的MRI圖像。

【總結】

研究了多組分協調驅動的自組裝策略制備了一種復雜的卟啉基金屬，作為制造MNPs的診斷治療平臺。通過兩種特殊的兩親性的二嵌段聚合物（mPEG-b-PEBP和RGD-PEG-b-PEBP）組裝得到的MNPs表現出較長的血液循環時間和較高的腫瘤積累，并利用EPR效應和主動靶向能力在抗癌功效提高和減少了對正常組織的副作用。同時， MNPs中的卟啉的熒光發射和¹O₂產生量子產率顯著增加，有利于NIRFI和PDT。并且通過螯合⁶⁴Cu或順磁性Mn，使得⁶⁴Cu@MNPs或Mn@MNPs成為很好的PET成像和MRI試劑，可以精確診斷腫瘤并實時監測MNPs的遞送過程、生物分布和排泄的MNPs。化療和PDT的組合在體外和體內顯示出優異的協同功效。利用U87MG、耐順鉑的A2780CIS和原位（4T1和LM3）腫瘤模型證明了其良好的抗腫瘤效果。該研究為開發多功能治療系統提供了一種新的策略，為下一代納米藥物的制備提供了新方向。

文獻鏈接：A discrete organoplatinum(II) metallacage as a multimodality theranostic platform for cancer photochemotherapy（Nat. Commun., 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-06574-7）

通訊作者簡介：

黃飛鶴教授：教育部長江學者獎勵計劃特聘教授、國家杰出青年科學基金獲得者、國家萬人計劃領軍人才、浙江大學求是特聘教授、博士生導師。2005年12月起任浙江大學化學系教授，籌建超分子化學研究小組。2008年3月起任浙江大學求是特聘教授。主要從事超分子化學方面的研究工作，2003年至今已在國際核心化學期刊上發表超分子化學相關SCI論文230余篇，包括5篇Accounts of Chemical Research、3篇Chemical Reviews、7篇Chemical Society Reviews、1篇Progress in Polymer Science、1篇Nature Chemistry、3篇PNAS、31篇Journal of the American Chemical Society、5篇Angewandte Chemie International Edition、9篇Advanced Materials、和2篇Nature Communications。發表的論文已被引用17747次，h-index為71。兩篇通訊作者論文入選“中國百篇最具影響國際學術論文”。到目前為止獲得的主要獎勵和榮譽有：2004年獲國家優秀自費留學生獎學金和Virginia Polytechnic Institute & State University 優秀碩士論文William Preston 獎（William Preston Award for MS thesis），2005年獲The Sigma Xi Society Research Award，2006年獲Virginia Polytechnic Institute & State University優秀博士論文獎（Outstanding Dissertation Award），2006年入選浙江省“錢江人才計劃”， 2007年獲美國李氏基金會杰出成就獎并入選浙江省“新世紀151人才工程”，2008年被評選為浙江大學“十佳青年崗位能手”，2009年獲Thieme Chemistry Journals Award并入選教育部 “新世紀優秀人才支持計劃”，2010年獲得浙江省杰出青年科學基金項目資助和Virginia Polytechnic Institute & State University的the Outstanding Recent Graduate Alumnus Award，2010年入選浙江省“海外高層次人才引進計劃”，2011年獲國家杰出青年科學基金項目資助，指導博士生獲得2011年全國百篇優秀博士論文提名獎，2012年入選英國皇家化學會會士（Fellow of the Royal Society of Chemistry, FRSC），2013年入選國家創新人才推進計劃中青年科技創新領軍人才，2013年入選亞洲化學大會Asian Rising Star，2013年獲得浙江省青年科技獎，2014年獲中國化學會-阿克蘇諾貝爾化學獎，2015年獲英國皇家化學會Cram Lehn Pedersen Prize in Supramolecular Chemistry，2016年獲英國皇家化學會Polymer Chemistry Lectureship Award，2016年入選國家萬人計劃領軍人才，2017年入選教育部長江學者獎勵計劃特聘教授，2018年獲英國皇家學會Newton Advanced Fellowship。應邀擔任Chemical Society Reviews、Accounts of Chemical Research、Chemical Reviews、Chemical Communications、Advanced Materials、和Materials Chemistry Frontiers的客座編輯。應邀擔任Chemical Society Reviews（2012年起）、Chemical Communications（2012年起）、化學學報（2012年-2018年）、Macromolecules （2014年-2017年）、ACS Macro Letters（2014年-2017年）、Polymer Chemistry（2014年起）、Materials Chemistry Frontiers（2016年起）、高分子學報（2016年起）、中國化學快報（2018年起）等的顧問編委或編委。現任中國化學會高分子學科委員會委員，中國化學會超分子化學專業委員會副主任委員，浙江省化學會理事。

課題組網頁：http://www.chem.zju.edu.cn/~huangfeihe/

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