内容提要

本文介绍了一种**微环境(TME)激活的NIR-II纳米**诊断系统(FEAD1)，用于腹腔转移瘤的精确诊断和治疗。FEAD1是通过自组装肽Fmoc-His，Er³⁺和巯基丙酸功能化的Ag₂S量子点(MPA-Ag₂S QDs)、化学药物阿霉素(DOX)和近红外吸收剂A1094成纳米粒子制备。在健康组织中，由于Ag₂S QDs-A1094相互作用，FEAD1处于NIR-II荧光“关闭”状态，而DOX处于包裹状态。FEAD1递送到**后，酸性TME通过破坏Fmoc-His和DOX疏水相互作用释放A1094开启Ag₂S荧光，同时在**组织内爆发释放DOX，从而实现精准的**治疗。

前言

纳米诊疗系统集成了诊断和治疗功能，在早期**检测、药代动力学和药效学监测，以及评估治疗效果，实现个性化治疗方面具有巨大的潜力。**微环境(TME)在**的发展和进展中起着特别重要的作用，可以实现纳米疾病系统中“关闭”-“打开”开关的精确操作。人们在开发基于各种成像模式的TME激活治疗系统方面投入了大量精力。此类治疗系统主要基于单一可激活的功能，而综合可激活的纳米**治疗方法，诊断与治疗结合还鲜有报道，因此，设计精确的TME激活治疗系统，同时协同癌症诊断和治疗仍然是一个最大的挑战。第二近红外窗口(NIR-II, 1000-1700 nm)的荧光成像具有更高的穿透深度和时空分辨率。作者提出了一种智能NIR-II纳米**治疗系统(Fmoc-His/Er³⁺/Ag₂S/DOX/A1094，标记为FEAD1)，该系统基于多成分协调自组装策略，响应TME，用于腹膜转移的准确诊断和治疗。由于FRET在Ag₂S量子点与A1094之间的猝灭，所制备的FEAD1纳米颗粒表现出的NIR-II荧光可忽略不计。在酸性条件下，Fmoc-His和DOX的咪唑基团的质子化会使荧光迅速打开，从而削弱其金属-配位和疏水相互作用分别导致FEAD1的拆卸和FRET的丢失。作者发现腹腔注射(IP)后，腹膜转移的**结节被特异性点亮实现NIR-II荧光成像。TME介导的药物爆发性释放，达到高水平的积累和渗透到**深层组织，显著抑制小鼠**生长。

图1。a) FEAD1在pH 7.4和pH 5.5时的TEM图像。b)流体力学直径表征；c) Fmoc-His、Fmoc-His/Er³⁺、Fmoc-His/Er³⁺/MPA-Ag₂S和MPA-Ag₂S的FTIR光谱。d) Ag₂S、FEAD和FEAD1的吸光度和荧光光谱。

FEAD1通过简单的两步制备。图1 a中的透射电子显微镜(TEM)图像说明了FEAD1在不同pH水溶液中的两种不同的形态。FEAD1出现作为常规球状聚合直径95 nm在pH值为7.4，与动态光散射分析结果(图1 b)。 FEAD1在pH值为5.5时迅速分解。ζ势分析显示FEAD1具有正的表面电荷特性。由于A1094的吸收光谱与Ag₂S量子点的发射光谱存在大量重叠，FEAD1的NIR-II荧光处于“关”状态(猝灭效率超过82%)。FEAD1具有较宽的吸收带，在490 nm处达到峰值，证实了DOX的包封率为55%。

为了证明FEAD1在不同pH条件下对细胞的特异性响应，作者采用宽带荧光显微镜(400-1700 nm)进行显微荧光成像。研究了人乳腺癌MDAMB-231细胞和正常小鼠成纤维细胞L929细胞FEAD分别在两种不同pH(7.4和5.5)条件下处理3 h，然后用Hoechst染色。如图2 a所示，L929细胞在pH 7.4时，细胞质和细胞核的NIR-II Ag₂S QD和DOX荧光信号可以忽略不计，说明FEAD1在生理pH条件下具有良好的稳定性。pH 7.4下MDA-MB-231癌细胞的NIR-II Ag₂S QD和DOX荧光信号较弱，这可能与**细胞的内吞消化能力显著提高有关。在pH值5.5，明亮NIR-II荧光发生在细胞质中MDAMB-231的癌症细胞。对MDA-MB-231癌细胞内DOX荧光强度的定量显示，pH 5.5时FEAD1处理后，信号增强约为pH 7.4时的4倍。以上的细胞摄取结果证实FEAD1经历了pH激活的分解，触发了癌细胞的特异性发光和药物向癌细胞的爆发性释放。FEAD1孵育的MDAMB-231细胞在pH 5.5时的活力明显低于pH 7.4时(图2b)。通过流式细胞术定量分析了上述毒性实验的结果(图2c)，表明FEAD1处理MDA-MB-231癌细胞的晚期凋亡率是浓度和pH依赖性的。在pH7.4条件下，L929细胞几乎没有检测到细胞凋亡。

图2。a) 不同pH条件下FEAD1处理L929细胞和MDAMB-231细胞的显微荧光图像。 b) MTT。c) 不同处理后MDA-MB-231细胞和L929细胞的流式细胞仪检测。

利用表达萤火虫荧光素酶报告基因(Luc-MDA-MB-231)的MDA-MB-231细胞建立IP**模型，为**定位提供内源性标记物。将可激活的纳米**系统FEAD1腹腔注射到荷瘤动物体内，在体内实时进行NIR-II成像，监测FEAD1在体内的行为。由于FEAD1是在生理pH条件下猝灭的，因此在小鼠腹腔注射后几乎没有检测到NIR-II荧光信号(图3a)。荧光信号在注射后5分钟开始出现，并随着时间的推移逐渐增加，在注射后2小时达到最大值。NIR-II荧光信号与我们观察到生物发光信号，提示FEAD1能够高度特异地敏感性照亮腹膜转移**结节(图3c,d)。随后，NIR-II荧光信号在较长时间内保持稳定。在NIR-II荧光的引导下，转移性结节可以清晰地轮廓和切除。标准的H&E染色证实切除的结节包含**组织(图3e)。FEAD1引导下切除的**荧光共定位图像显示，核密度显著增加的**组织从NIR-II Ag₂S QD和DOX产生强烈的荧光信号，而从健康组织发出的荧光可以忽略(图3f)。结果表明FEAD1可以精确定位于**组织，确保给药是针对腹膜转移的。

图3。a) 同一小鼠腹腔注射FEAD1后NIR-II荧光图像的时间过程。b)**-背景比作为NIR-II图像时间的函数。c) FEAD1腹腔注射腹膜转移模型术前分期的NIR-II和生物发光图像。d)切除**结节的NIR-II荧光和生物发光图像。e)**切片H&E染色。比例尺:100 mm。f) 从切除的**结节中获得的**切片荧光图像。比例尺:100 mm

将LucMDA-MB-231细胞移植到裸鼠腹膜转移模型中，评估FEAD1的体内抗**疗效。在体外实验结果和药物释放动力学的指导下，将FEAD1给予小鼠，每周3次，连续2周，PBS组、游离DOX组和FEA1组作为对照组，在一系列时间点用生物发光成像(BLI)监测腹部**的生长情况(图4a)。通过生物荧光信号获得的定量数据表明，与PBS、游离DOX和FEA1相比，FEAD1对**生长具有更强的抑制作用(图4 b)。因此，FEAD1组(3.5 mg kg?1阿霉素)显著改善(图4 c)。PBS组和FEA1组小鼠体像显示**负荷增加导致腹膜后大量积水，表现为腹部增大。另外，将不同处理后荷瘤小鼠的**组织切片，采用原位末端脱氧核苷酸转移酶(dUTP)末端标记法(TUNEL)分析。如图4 d所示，FEAD1处理的**比游离DOX、FEA1或PBS处理的**具有更显著的凋亡信号，与体外细胞毒性数据相一致，这种可激活策略大大提高了FEAD1的**致死能力。为探讨FEAD1增强腹腔转移瘤的抗**作用机制，采用荧光显微镜观察MDA-MB-231**内药物的分布。注射后48 h，**组织中均观察到较强的NIR-II和DOX荧光发射，在整个组织中分布均匀。表明FEAD1在到达TME后得到了有效的分解，进而实现了对**深部组织的高效渗透。FEA1组**边缘NIR-II荧光信号非常微弱。由于其代谢速度快，游离DOX组在**部位显示微弱的荧光信号，证实了FEAD1在健康组织中处于隐身模式，而在**部位进行爆发性释放，从而提高了治疗效率。

图4。a) 腹腔移植luca - mda - mb231癌细胞的裸鼠分别经过不同药物治疗1周和3周后的生物发光图像。b)不同处理2周后小鼠生物发光定量测定。c) 不同药物配方的存活率。d) PBS、DOX、FEA1、FEAD1处理荷瘤小鼠**切片后进行TUNEL染色。比例尺:100 mM。

结论

作者构建了一个可激活的多组分协调自组装纳米**系统，用于腹膜转移的精确诊断和治疗。FEAD1作为酸响应的咪唑基团和DOX，在酸性TME条件下可快速降解。在酸性TME条件下保持隐身模式健康的组织，产生超灵敏的检测和有效的治疗与最小的副作用。这种可激活的纳米系统还具有胶体稳定性和光学稳定性合理、载药效率高、生物相容性好等显著优点。这些优点使这种新型的可激活NIR-II纳米**系统具有很大的临床应用潜力。

参考文献

Tumor Microenvironment-Activated NIR-II Nanotheranostic System for Precise Diagnosis and Treatment of Peritoneal Metastasis，Sisi Ling, Xiaohu Yang, Chunyan Li,* Yejun Zhang, Hongchao Yang, Guangcun Chen, Qiangbin Wang*， Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7219–7223. DOI：/10.1002/anie.202000947.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000947

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靶向NIR-II荧光纳米探针