Advanced Materials:“聚”萤映雪,“超”凡脱俗——通过超分子组装技术构筑具有聚集诱导发光特性的智能纳米诊疗材料

超分子组装技术,是指将小分子通过非共价键驱动作用自发组装成有序的复杂体系的过程。在生物系统中时时刻刻都发生着多样的结合事件,如酶与底物、抗体-抗原、神经受体-神经传导对等,这些结合往往是基于超分子作用而自发发生的,它们也是促使大多数生物过程发生的关键。在超分子组装过程中,反应总体上是受热力学控制的,这些自发聚集的过程具有可逆性和刺激响应性。因此,通过超分子组装构筑的精巧复合体系往往具有独特的智能响应特性。同时,超分子组装技术为构筑新型多功能诊疗一体化材料注入了新的活力。在基因治疗(gene therapy)、光热治疗(photothermal therapy, PTT)和光动力治疗(photodynamic therapy, PDT)等新型癌症治疗方法飞速发展的今天,超分子组装技术结合新型诊断技术构筑的纳米诊疗药物,具有诊疗一体化特性、优良的药物安全性及稳定性、肿瘤微环境刺激响应性和优异诊疗效果,为癌症在内的多种复杂疾病的诊疗发展起到了至关重要的作用,也大大推动了多功能癌症诊疗一体化体系的进步。

荧光成像技术具有操作简单、显像迅速、灵敏度高和非侵入性等特点,但是传统的荧光分子往往具有聚集淬灭特性,极大的限制了其在生物成像领域的应用。2001年,香港科技大学唐本忠院士发现并提出了聚集诱导发光(aggregation-induced emission, AIE)的现象和概念。迄今20年,具有不同成像特点和不同功能的AIE分子被相继报道,它们在聚集状态下显示出增强荧光的特性,往往还同时兼具优异的光疗特性,已被广泛应用于PDT和PTT。将AIE分子的成像和治疗特性与超分子技术相结合,构筑具有肿瘤微环境刺激响应性的智能纳米诊疗体系,不但能够实现可视化癌症治疗,而且能够达到药物控释监测和疗效调控等目的。

图1:利用超分子组装构筑AIE纳米诊疗材料的策略:AIE荧光分子自组装(包含分子配体金属配位、两亲小分子自组装、AIE高分子自组装)、超分子组装载体包覆AIE分子(利用DSPE-PEG和F127等生物相容性双亲分子构筑超分子纳米载体负载AIE分子)和大环分子的主客体作用驱动的超分子组装(利用大环分子特有空腔结构和主客体作用构筑AIE超分子纳米材料)。

近期,香港科技大学唐本忠院士团队深圳大学AIE研究中心发表了题为“Nanomaterials with Supramolecular Assembly Based on AIE Luminogens for Theranostic Applications”的综述文章(DOI:10.1002/adma.202004208)。在该文章中,作者总结了超分子组装结合AIE分子构筑纳米诊疗体系的最新研究进展,对这些体系的构筑策略和诊疗效果进行了详细的分析比较,并对其在疾病诊疗领域的应用优势和广阔发展前景进行了展望。文中提出,构筑AIE特性的纳米诊疗材料的超分子组装策略主要包括AIE荧光分子自组装、生物相容性超分子组装包载功能型AIE分子以及基于大环分子的主客体识别作用驱动的超分子组装这三类。它们的材料性能和诊疗特性兼具超分子组装材料和AIE功能分子的性能和优势,因此能够实现荧光增强的肿瘤成像、Chemotherapy/PDT/PTT联合治疗以及基于超分子组装-解组装的可控诊疗。AIE-超分子组装诊疗体系不但能够通过组装分子的精确设计提高荧光成像效果和肿瘤抑制效果,也使得其刺激响应性和可逆性成为现实。尽管如此,当前的AIE-超分子组装诊疗体系仍然存在着许多挑战和巨大的研究潜力,其未来的研究方向主要集中在组装基元即AIE分子的设计构筑、超分子组装-解组装机制的深入研究以及超分子响应调控诊疗效果等方面。相关结果发表在Advanced Materials上。

最后,我们相信,该文将会为疾病诊疗领域的研究提供新的思路,并为超分子组装纳米材料的构筑和AIE功能分子的应用开发提供有价值的参考。

以上论文第一作者为深圳大学AIE研究中心的宋楠博士,通讯作者为香港科技大学唐本忠院士和深圳大学AIE研究中心的王东副教授。