Advanced Materials:具有AIE的生物正交配位聚合物纳米颗粒用于肿瘤深度穿透的放疗和放动力治疗

光动力治疗(PDT)作为一种常见的癌症治疗方法,利用可见光或近红外光激活光敏剂并将氧气转化成活性氧,从而诱导细胞死亡。由于激发波长短,近红外光的穿透深度小于4 mm。而放疗(RT)采用高剂量的X射线作为激发源来杀死癌细胞和缩小肿瘤,却不受穿透深度的限制。闪烁体是一种可以将X射线转换为紫外/可见光的材料,在装载各种光敏剂(PSs)后可以实现X射线诱导的PDT(放射动力疗法,RDT)。但是,基于闪烁体的RDT过程很复杂,涉及到入射辐射,电子-空穴对,发光离子和相邻PS之间的能量转换。而由具有高原子序数的金属离子和PS构成的金属有机骨架纳米材料(NMOF)可以将从X射线吸收的能量通过光电子的非弹性散射的方式直接转移到配位的PS上,从而激活PS来实现RDT。到目前为止,已发表的由Hf4+和传统PS构成的NMOF主要表现为层状结构,并且不同的层之间很容易彼此融合和堆叠,这将导致荧光猝灭和单线态氧(SO)产率降低。另一方面,没有表面修饰的NMOF,仅仅局限于局部的瘤内注射来实现RT和RDT。

传统PS在纳米颗粒中因为π-π堆积作用会导致发射猝灭和SO减少,从而导致诊疗效果欠佳。这种现象称为聚集导致的猝灭(ACQ)效应。 随后,人们设计了具有聚集诱导发光效应的PS(AIE PS)来有效避免上述缺点。这种AIE PS主要得益于分子间距离控制得当和聚集状态下分子内运动受限。然而,由于AIE PS的转子结构和设计策略,使得AIE PS的激发波长仍然局限于短波长范围。因此,新加坡国立大学刘斌教授与苏州大学刘庄教授通过AIE PS与高原子序数Hf离子的配位作用制备了一种新的配位聚合物纳米颗粒(CPN),并利用X射线作为激发源,实现了有效的RDT从而解决了AIE PS激发波长短的先天缺陷。

在该体系中,Hf4+不仅可以用作放射增敏剂来吸收X射线并沉积辐射能量来增强RT,还可以作为能量转换器将从X射线吸收的能量传递到TPEDC-DAC(AIE PS)来实现RDT。经过表面修饰后,Hf-AIE-PEG具有良好的生物相容性。此外,为了增强CPN在肿瘤的富集并延长其在肿瘤的滞留时间,该团队在体系中应用了生物正交点击化学,将二苯并环辛炔修饰的CPN(Hf-AIE-PEG-DBCO)与通过糖代谢工程技术在细胞膜上形成的叠氮基团偶联。在静脉注射Hf-AIE-PEG-DBCO后,由于X射线的高穿透性,生物正交辅助RT和RDT组合疗法实现了对癌细胞的有效杀伤,而未表现出明显的生物毒性。

相关工作在线发表在Advanced Materials上。(DOI:10.1002/adma.202007888)