Adv. Mater.：手性等離子體殼-衛星納米組裝的單線態氧產生劑

【引言】

光動力學試劑在光的作用下可產生單線態氧，因其在生物和醫學方面的廣泛應用引起了極大的關注。光動力學治療是非侵入性、定點選擇方式，副作用小，已成為一個高效消除癌細胞的納米醫學。卟啉及其衍生物這些傳統的光敏劑具有很高的單線態氧生成效率，已廣泛用于科學及醫學研究。但是，它們低的水溶性和生物相容性、高毒性阻礙了進一步的應用。到目前為止，手性納米結構作為無標記的等離子體增強的細胞內光動力學治療劑還沒有報道。

【成果簡介】

最近，江南大學匡華教授（通訊作者）等人首次構建DNA驅使的殼-衛星金納米組裝體作為手性光敏劑。在這個手性等離子體納米結構表面，耦合半胱氨酸的對映體，在可見區展現出強烈的手性等離子體活性。這些手性殼-衛星納米組裝體在圓偏振光的照射下，具有很高的活性氧生成效率，可使單線態氧的量子產率達到1.09。同時，還發現殼-衛星金納米結構可作為光動力治療劑在體外和活體的右圓偏振光照射下具有顯著的效率，可以同時進行X射線計算機斷層掃描（CT）和腫瘤造影成像(PA)。成果表明對映體依賴和結構誘導的納米組裝體在光動力學效應方面具有重要的作用。該成果以“A Singlet Oxygen Generating Agent by Chirality-dependent Plasmonic Shell-Satellite Nanoassembly”于2月23日發表在Advanced Materials頂級期刊上。

【圖文解讀】

示意圖 自組裝的殼-衛星納米結構的示意圖

DNA驅使的手性殼-衛星自主裝納米結構作為手性光敏劑，在其表面耦合半胱氨酸的對映體，在可見區可展現出強烈的手性等離子體活性。在圓偏振光的照射下，產生單線態氧，進行診斷和治療。

圖1 核-衛星（CS）納米結構的表征

(a)CS5的透射電鏡圖。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??(b)CS15的透射電鏡圖。

(c)CS5的高分辨透射電鏡圖。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??(d)CS15的高分辨透射電鏡圖。

(e)CS5的EDX元素映射圖。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (f)CS15的EDX元素映射圖。

(g)CS5的三維斷層掃描重構圖。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??(h)CS15的三維斷層掃描重構圖。

圖2 殼-衛星（SS）納米結構的表征圖

(a)SS5的透射電鏡圖。

(b)SS15的透射電鏡圖。

(c)SS5的高分辨透射電鏡圖。

(d)SS15的高分辨透射電鏡圖。

(e)SS5的EDX元素映射圖。

(f)SS15的EDX元素映射圖。

(g)SS5的三維斷層掃描重構圖。

(h)SS15的三維斷層掃描重構圖。

圖3 圓二色光譜圖

（a）修飾不同濃度的D-/L-/DL-Cys SS5納米組裝體的圓二色光譜圖。

（b）修飾20μM的D-/L-/DL-Cys CS5納米組裝體的圓二色光譜圖。

（c）修飾20μM的D-/L-/DL-Cys CS15納米組裝體的圓二色光譜圖。

（d）修飾20μM的D-/L-/DL-Cys SS15納米組裝體的圓二色光譜圖。

圖4 單線態氧檢測實驗

(a)532nm右圓偏振光（RCP）照射下，各種典型樣品在526nm處綠色熒光強度的單線態氧傳感圖。

(b)532nm線性偏振光（LP）照射下，各種典型樣品在526nm處綠色熒光強度的單線態氧傳感圖。

(c)532nm左圓偏振光（LCP）照射下，各種典型樣品在526nm處綠色熒光強度的單線態氧傳感圖。

圖5 體外細胞實驗

(a) 在532 nm RCP、LP、LCP 燈照射后孵育SS15-D-Cys (20 nM)，SS5-D-Cys (20 nM)，SS5-L-Cys (20 nM)，CS15-D-Cys (20 nM)， PpIX (20 μm) 的HeLa細胞存活圖。

(b)孵育SS5 24h后的HeLa細胞生物透射電鏡成像圖。

(c)孵育SS15 24h后的HeLa細胞生物透射電鏡成像圖。

(d)RCP、LP、 LCP 照射后活/死檢測HeLa細胞的共聚焦熒光顯微鏡圖（活細胞，綠色；死細胞，紅色）。

圖6 活體實驗

(a)注射SS15-D-Cys 后不同時間點的HeLa細胞移植瘤老鼠的CT成像圖。

(b)注射SS15-D-Cys 后不同時間點的HeLa細胞移植瘤老鼠的PA成像圖。

(c)6 mW cm?2 532nM激光器照射20min后不同條件下的代表性老鼠圖片。

(d)不同條件處理后的相對腫瘤生長曲線圖。

(e)不同條件處理后的腫瘤解剖照片圖。

(f)不同條件處理后蘇木精和伊紅染色腫瘤區域圖。

【小結】
作者通過基于DNA自組裝殼-衛星納米結構發展了水溶和無標記手性光動力學治療劑，且圓二色譜信號可以由修飾的手性分子來調控。此研究為手性納米結構成為癌癥診斷和治療多功能平臺開辟了一條新的道路。

文獻鏈接：A Singlet Oxygen Generating Agent by Chirality-dependent Plasmonic Shell-Satellite Nanoassembly?(Adv. Mater. 2017, DOI: 10.1002/adma.201606864 )

本文由材料人生物材料組鄧宏華供稿，材料牛編輯整理。

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