Advanced Materials: AIE与黑磷纳米片强强联合,实现多模式诊疗一体化

癌症作为威胁人类健康的重要疾病之一,已引起研究者的高度重视。癌症诊疗一体化系统是将精确的诊断影像模式与治疗模式巧妙地整合为一体,相比于单一的诊断或治疗模式具有显著的优势。在各种诊断技术中,荧光成像(PLI)具有灵敏度高、即时性和高分辨率等优点,为细胞和活体成像提供无损的实时跟踪与定位。光疗法包括光动力疗法(PDT)和光热疗法(PTT),是一种光可控、无创、无耐药性的治疗手段,PTT过程中产生的热信号也可以通过光热成像系统(PTI)捕获,实现PTI指导PTT研究。但是,由于PDT肿瘤微环境的缺氧性和PTT的热休克效应,单一的PDT或PTT难以完全杀灭肿瘤。PDT和PTT结合被认为是突破性的策略,可以克服各自的局限性并发挥协同增强的治疗效果。例如,PTT的过热效应可促进光敏剂的摄取和通过提高血流量改善肿瘤组织的供氧,从而增强PDT效应,进一步消除PTT中的耐热肿瘤细胞。

高效的光敏剂是实现光疗的关键。与传统PDT光敏剂相比,具有聚集诱导发光(AIE)特征的分子在水相的生理条件下,表现出高的荧光强度,优异的光稳定性,以及高效的单线态氧(ROS)产生效率。然而,同时具备明亮的近红外区(NIR)荧光发射、高效的ROS产生效率及光热转换效率的AIE光敏剂的设计与制备,仍然是一个难题。黑磷纳米片是近年来新兴的二维纳米材料,因其高效的载药能力和光热转换效率,以及其优异的生物相容性和可降解性,可作为光热剂用于PTI指导的PTT研究。

香港科技大学唐本忠院士团队在癌症诊疗材料的开发取得重要进展。他们受AIE光敏剂和黑磷纳米材料在癌症治疗中各自优势的启发,展示了AIE光敏剂联合二维黑磷纳米片简便构建一种新型的多模式诊疗一体化的纳米材料,并探究其在多模式诊疗中的应用(图1)。在这项工作中,作者将带正电荷、亲水性的AIE光敏剂(NH2-PEG-TTPy)与表面带负电荷的黑磷纳米片(BP nanosheets)在水中通过静电相互作用结合。所开发的纳米材料(BP@PEG-TTPy)不仅显示出优异的稳定性,还同时兼具二者组分各自的优势,包括明亮的NIR荧光发射、高效的活性氧(ROS)生成和光热转换效率、以及快速的细胞摄取能力等特性和多功能性,以及通过EPR效应在肿瘤组织的显著富集。体外和体内评价实验表明该纳米材料具有良好的生物相容性,在光照下实现了高效的FLI-PTI成像指导的PDT-PTT协同治疗,相比于单一的PDT或PTT有显著的提高。这项研究不仅拓展了AIE分子和黑磷材料的应用范围,而且为设计新一代癌症诊疗方案提供了有益的见解。相关论文发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202003382)上。

图1. BP@PEG-TTPy纳米材料的制备和诊疗示意图。

论文第一作者为深圳大学AIE研究中心黄佳昌博士,通讯作者为香港科技大学唐本忠院士和深圳大学AIE研究中心王东副教授。课题得到了南方科技大学李凯副教授及其团队的大力支持。