近日，南华大学衡阳医院杨晴来老师团队在分子工程纳米平台引导的NIR - II荧光成像的组合癌症治疗研究上取得了新进展，相关研究成果已经发表在国际权威期刊《Analytical Chemistry》（IF=7.4、一区top期刊）上。
恶性肿瘤严重威胁着数百万人的生命，影响着生命质量。然而，传统的抗癌疗法(手术、化疗和放疗)疗效低、成本高且副作用严重，从而限制了其适用性。在一些替代疗法中，基于近红外(NIR)的光疗作为一种新兴的抗癌策略，因其侵袭性小、特异性好和可控性高等优点而备受关注。NIR诱导产生的活性氧(ROS)和热量会破坏细胞内的生物物质(脂质、蛋白质和DNA)，从而导致细胞凋亡。先进的NIR-II荧光(1000-1700nm)成像技术可提高检测深度、分辨率和灵敏度，且对组织的光损伤小于NIR-I荧光成像。然而，基于近红外(NIR)的试剂的光物理能量耗散过程通常彼此竞争，难以平衡荧光、热和ROS产生。因此，开发将精确的实时癌症诊断和监测与高效的多模式治疗相结合的创新平台和方法将有助于解决临床中的实际问题。
可激活的光热诊疗纳米平台( NP )由于其对肿瘤微环境物质具有良好的响应性和轻微的细胞毒性，是一种很有前途的肿瘤治疗方法。谷胱甘肽( glutathione，GSH )长期以来一直是调节肿瘤发生所必需的。肿瘤微环境上调的GSH浓度(高达10 mM)远高于正常血液和细胞中GSH的浓度。有机光治疗性纳米粒子（NPs）中GSH反应的“黄金标准”策略是引入二硫键。然而，三硫键由于其较高的氧化还原电位和更多的反应位点，对GSH表现出更高的敏感性，从而成为肿瘤特异性治疗的还原-超敏感的功能触发器。
化学动力学疗法( CDT )是一种通过芬顿或类芬顿反应从内源性H2O2歧化产生高毒性羟基自由基( · OH )的高效肿瘤治疗方法。然而CDT疗效不佳，限制了其临床应用。增强· OH的生成和效力将是增强CDT效应的有效方法。与传统的PTT相比，CDT与低热光热治疗(HPTT)相结合可产生肿瘤局部加热，加速· OH的产生，以提高治疗效果，同时对正常组织的损伤最小。
气体疗法是一种新兴的治疗策略，可利用气体的生物效应，如一氧化碳(CO)，氢(H2)，和硫化氢(H2S)，逆转瓦博格效应（Warburg effect），从而导致肿瘤细胞死亡而不损害正常细胞。超小气体分子可自由侵入肿瘤间质并穿透生物膜，通过miRNA调控、线粒体损伤或诱导不受控制的细胞内酸化急性毒性。CDT与H2S气体疗法相结合，首先可以通过促进Fe3+向Fe2+的价态转化，从而提高芬顿反应的效率来增强CDT效应。一方面，H2S可以抑制过氧化氢酶的活性，从而减轻瘤内过氧化氢(H2O2)的消耗。另一方面，H2S还可以抑制线粒体细胞色素c氧化酶(COX IV)，造成线粒体功能障碍型三磷酸腺苷(ATP)缺乏， 从而阻断HSP表达，从而提高HPTT效率。
这项工作描述了近红外二区（NIR-II）荧光成像引导的有机光治疗NP（FTEP-TBFc NP）的合理设计。分子工程光治疗 NP 对GSH具有敏感响应，产生H2S气体，并在肿瘤微环境 中传递二茂铁分子。在808 nm照射下，FTEP-TBFc不仅可以同时产生荧光、热量和单线态氧，而且可以在0.33瓦/平方厘米的生物安全激光功率下大大增强活性氧的产生，以改善CDT和光动力治疗（PDT）。 H2S抑制过氧化氢酶和COX IV的活性，导致CDT和HPTT的增强。此外，细胞内 GSH 浓度的降低进一步提高了 CDT 的功效，并下调谷胱甘肽过氧化物酶 4 (GPX4) 的脂质氢过氧化物的积累，从而引起铁死亡过程。总的来说，FTEP-TBFc NP 作为一种多功能、高效的 NP，在特定肿瘤成像引导的多模式癌症治疗中显示出巨大的潜力。这种独特的策略为设计和应用可激活的生物医学光治疗学提供了新的视角和方法。
(a) FTEP-TBFc 的分子结构和拟议的激活机制；
(b) NIR-II 荧光成像引导下使用 FTEP-TBFc NP 协同 HPTT/CDT/PDT/GT 治疗的机制。
活体成像和药代动力学。( a ) 4T1荷瘤小鼠注射FTEP - TBFc NPs后(不同时间)的NIR - II荧光图像(俯卧位+侧卧位)。( b )小鼠肿瘤和主要器官的荧光图像( 24h采集) ( λex : 808nm激光器,滤光片: 900Lp ,曝光时间: 120ms)。肿瘤( c )和主要器官( d )的荧光强度。( e ) 4T1荷瘤小鼠注射FTEP和FTEP - TBFc NPs 24h后，用λ ex：808 nm激光( 0.33W / cm2、10min)进行光热成像。( f ) 48h内FTEP - TBFc NP处理的小鼠血液浓度随时间变化曲线及相应的血样荧光图像。( g ) FTEP-TBFc NP处理的小鼠在静脉注射后2 - 48h的累积粪便排泄和相应的荧光成像。图中每组样品的剂量均为100 μ L ( 100μM )。每组3只Balb / c小鼠用于实验。误差：mean ± SD ( n = 3 )。
该研究使用了广州博鹭腾生物科技有限公司AniView系列活体成像系统采集了4T1荷瘤小鼠注射FTEP - TBFc NPs后(不同时间)的NIR - II荧光图像以及小鼠主要器官的荧光图像。
论文链接：http://10.1021/acs.analchem.3c03827