Nat. Commun. 雙重刺激響應的可逆探針用于腫瘤的精準靶向診療

【引言】

診療一體化對于個體化醫療具有很大地潛力，刺激響應治療可以在空間上實現精準治療。當前刺激響應的診療模式通常為常開或者不可逆的打開方式，缺乏信噪比，容易造成結果的假陽性，影響診療效果。同時，單一的特異靶向方式，如依賴腫瘤微環境的酸性，并不能實現高精確度靶向治療，也是目前診療一體化面對的挑戰。

【成果簡介】

目前腫瘤治療中，傳統化療特異性不好，對正常組織毒副作用大。診療一體在臨床醫學的發展中有著重要意義，化療藥物結合靶向成像探針在物理刺激下進行響應治療能實現靶向性好，無毒，安全的治療。南開大學嚴秀平課題組設計了雙重刺激響應的可逆激活納米探針，用于腫瘤精準靶向熒光成像以及光熱治療。通過設計制備基質金屬蛋白(MMPs)特異肽修飾的不對稱的青色素（asymmertric cyanine）并進一步和葡萄糖共同修飾到金納米棒，形成雙重刺激響應的納米探針，很好地用于體內腫瘤精準成像及高效靶向的光熱治療。不對稱的青色素對環境的PH具有可逆的敏感性，在酸性的腫瘤微環境下實現腫瘤患處的靶向成像，而在正常部位由于則不發光。此外在腫瘤部位的葡萄糖轉換酶（GLUT）和基質金屬蛋白(MMPs)呈現過表達，在金納米棒上進一步修飾基質金屬蛋白(MMPs)特異肽和葡萄糖可以增加探針的特異性，實現腫瘤的精準靶向治療。

【圖文導讀】

圖1 診療探針的合成和功能化示意圖

（a） 肽（NH2-GPLGVRGC-SH）修飾的不對稱青色素（Acymmetris cyanine）的合成路線葡萄糖（D-glucosamine hydrochloride）修飾金屬蛋白酶（11-mercaptoundecanoic acid）的合成以及其對金納米棒的修飾路線

（b） 探針Pep-Acy/Glu@AuNRs對MMPs和PH的協同響應在活體中診療方式：探針進入正常組織處不發光，在患處（GLUT）由于PH響應，Cy釋放(MMPs)在808激發下發光(酸性)成像，同時金納米棒也這種導向下進行光熱治療。

圖2 功能化的金納米棒（AuNRs）的性質

（a） 被修飾的金納米棒Pep-Acy/Glu@AuNRs的透射電鏡照片

（b） 金納米棒修飾前后（CTAB@AuNRs, Pep-Acy/Glu@AuNRs）的紫外可見近 紅外光吸收光譜以及隨PH變化Pep-Acy/Glu@AuNRs探針的光譜變化

（c） Pep-Acy和Pep-Acy/Glu@AuNRs在不同PH下的的熒光光譜

圖3 探針Pep-Acy/Glu@AuNRs的體外實驗評價

（a） 探針Pep-Acy/Glu@AuNRs對MMP-13和PH的響應的熒光光譜，在酸性環境PH=6并且MMP-13存在下發光明顯。

（b） 探針CTAB@AuNRs，Pep-Acy@AuNRs和PeP-Acy/Glu@AuNRs 對SCC-7 細胞的細胞毒性

（c） 探針CTAB@AuNRs，Pep-Acy@AuNRs和PeP-Acy/Glu@AuNRs 對293T細胞的細胞毒性

（d） 流式分析，插圖為對應的平均熒光強度，藍綠色SCC-7細胞與Pep-Acy/Glu@AuNRs(cyan)和 玫紅色為Pep-Acy@AuNRs ,藍色為葡萄糖提前封閉處理的SCC-7細胞與Pep-Acy/Glu@AuNRs處理.黑色為未加任何處理的SCC-7細胞

（e） Pep-Acy/Glu@AuNRs, Pep-Acy@AuNRs, 葡萄糖提前封閉處理的SCC-7細胞與Pep-Acy/Glu@AuNRs在SCC-7細胞內的成像

（f） Pep-Acy/Glu@AuNRs對細胞SCC-7和293T細胞的陳翔

圖4 探針基于SCC-7腫瘤小鼠模型的體內成像

A組左側腫瘤為提前通過MMPs抑制劑處理，右側為未加處理的腫瘤患處,抑制條件下6h后熒光信號出現

B組左側為經過NaHCO3處理，右側沒加處理，正常組織和NaHCO3處理的均為發生熒光信號

兩小時后開始檢測到信號，并且熒光信號可以維持12h

圖5體外光熱治療效果

(a) 808nm激光輻照下Pep-Acy 和PBS的溫度變化曲線

(b) Pep-Acy/Glu@AuNRs 和CTAB@AuNRs 在808nm激光輻照下的的溫度變化曲線

(c) Pep-Acy/Glu@AuNRs在808nm 輻照下不同功率和輻照時間的SCC-7細胞的細胞活性（控制組僅808nm照射沒有探針處理）

圖6 探針基于SCC-7腫瘤小鼠模型的體內光熱治療

（a） 治療組（注射藥物Pep-Acy/Glu@AuNRs）和對照組（僅注射PBS緩沖液） 小鼠在808輻照4h后腫瘤部位的熱成像

（b） 各組小鼠（僅注射Pep-Acy/Glu@AuNRs，注射Pep-Acy/Glu@AuNRs以及激光輻照，注射PBS以及激光輻照，不進行任何處理）腫瘤體積變化

（c） 各組小鼠體重的變化

（d） 治療過程中各組小鼠狀態的照片

（e） 各組小鼠治療后主要器官的H＆E染色

【總結】

本文設計了一種由特異肽連接的PH可逆敏感的熒光染料青色素和金納米棒組成的雙重刺激響應的可逆激活診療探針，實現對腫瘤部位的精準的光熱治療，對臨床診療一體化提供了一種有價值的方法。

文獻鏈接
Dual-stimuli responsive and reversibly activatable theranostic nanoprobe for precision?tumor-targeting and fluorescence-guided photothermal therapy ??(Nat. Commun. 2017, DOI: 10.1038/ncomms14998)

本文由材料人編輯部生物材料組AntiLy供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！