Small Science:多功能碳纳米点增强近红外光敏、光热活性及体内清除率

原创署名:潘奕辰

光动力治疗 (PDT) 是一种新兴的癌症治疗方法,通过光敏剂将光能传递给周围的氧,产生细胞毒性的活性氧簇,从而杀死肿瘤细胞实现局部疾病治疗。与传统的癌症治疗方法(手术、放疗和化疗)相比,PDT具有低耐药性、低副作用、微创和对边缘组织损伤小的优势。然而,目前使用的有机光敏剂如卟啉、酞菁及其衍生物往往受到水溶性差、靶向能力低的限制,且无法吸收近红外区域(NIR,波长>700nm)的光能,而近红外区恰恰是最能透过生物屏障(如皮肤)的波段。为了克服这些缺点,可以使用低毒性、高负载能力的水分散性纳米颗粒作为载体。水分散性碳纳米点(CNDs)具有优异的光学性能、高水分散性、低毒性和高生物相容性,其表面上丰富的活性基团还可用于连接负载,因此被视作非常具有潜力的载体材料。

近日,法国斯特拉斯堡大学Alberto BiancoSmall Science上发表了研究文章,报道了一种由叶酸和光敏剂二氢卟吩e6(Ce6)双官能化的CND,其具有生理环境中良好的分散性、增强的NIR特性和良好的光热转化效率,并显示出较低的细胞毒性、较长的血液循环时间和良好的体内清除率。

在本文中,作者首先介绍了多功能碳纳米点(MCND)的制备,以聚噻吩苯丙酸为碳源,通过水热法合成具有多羧基的CND,之后用胺封端的三甘醇将叶酸和Ce6制备成具有氨基的配体形式,再通过CND的表面羧基与之结合,最终获得双官能化的MCND。随后,作者用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、动态光散射和热重分析等方法对所合成的MCND进行了结构表征。紫外-可见-近红外吸收光谱和荧光光谱表征结果则显示,双共价功能化后,MCND的吸收波长红移至900nm,在NIR区域显示出高吸收,且荧光量子产率较原始CND提高了约20倍。

之后,作者研究了对MCND不同条件下的水分散性/稳定性、离体光热/光动力效应、细胞毒性、靶向成像、离体光动力治疗/光热治疗以及在小鼠体内的生物分布。离体实验表明,MCND具有有效的叶酸受体介导的靶向能力,可以渗透到癌细胞中,并在NIR激光照射下以低剂量杀死细胞。巨噬细胞和小鼠实验的结果则表明,MCND的细胞毒性和促炎作用较低,血液循环周期较长,并且具有肝胆-肾脏的双重消除途径。

Multifunctional Carbon Nanodots: Enhanced Near-Infrared Photosensitizing, Photothermal Activity, and Body Clearance

Ding-Kun Ji, Hayet Dali, Shi Guo, Sowmya Malaganahally, Julien Vollaire, Véronique Josserand, Hélène Dumortier, Cécilia Ménard-Moyon, Alberto Bianco*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202100082

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202100082