Small:“诊”vs“疗”:双向调控发光金纳米粒子的单线态氧产生性能

超小发光金纳米粒子(AuNPs, d < 3 nm)作为一类新型的荧光纳米探针,具有独特可调的光学性质、表面易功能化修饰和良好的生物相容性等优势,在疾病诊断与生物医学成像领域备受关注。然而,将超小AuNPs作为无机纳米光敏剂产生单线态氧(1O2)并应用于光动力治疗(PDT)的研究报道比较少。目前小分子光敏剂机制的研究比较成熟,而发光AuNPs由于其特殊的核-壳结构及较为复杂的表面修饰配体,发光AuNPs产生1O2的影响因素与调控机制尚不明确。发光AuNPs作为荧光探针在“诊断”过程中,需要降低其1O2的产生水平以减少其生物毒性;而作为纳米光敏剂在“治疗”过程中,则需促进1O2的产生以曾强其PDT效果。因此,针对发光AuNPs在“诊断”与“治疗”过程中1O2的需求存在明显差异的问题,发展双向调控方法以减少AuNPs在“诊断”过程的1O2,而增强其在“治疗”过程的1O2,具有重要的研究意义。

针对上述问题,华南理工大学刘锦斌教授课题组通过优化配体设计,制备出系列不同表面配体修饰的发光AuNPs并对其进行系统研究,总结出发光AuNPs产生1O2的影响因素及其规律性,提出了一种双向调控AuNPs产生1O2性能的方法,并成功将其应用于细胞水平上的调控,相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202000011)上。 该课题组研究发现,发光AuNPs的表面配体电荷及覆盖度与其产生1O2的性能有直接相关性:表面电荷及覆盖度高,则其产生1O2的性能强;反之,表面电荷及覆盖度低,则其产生1O2的性能弱。基于上述发现,该课题组提出了一种双向调控AuNPs产生1O2性能的方法,即通过电荷不同的表面配体与发光AuNPs进行可控配体交换来对其产生1O2的性能进行双向调控。利用超小AuNPs的光学优势进行细胞成像发现,表面配体性质不仅可调控AuNPs产生1O2的性能,也可影响AuNPs在细胞内亚细胞器的分布:表面负电荷驱动AuNPs分布于溶酶体中,且1O2产生能力弱,毒性低;表面正电荷驱动AuNPs分布于线粒体中,1O2的产生能力强并协同促进AuNPs作为光敏剂的PDT效果。因此,这种双向调控策略将不仅为理解和揭示发光AuNPs的细胞毒性有着重要的意义,还可为精准疾病诊断、治疗的纳米药物设计提供思路。