唐本忠院士《德国应化》：肿瘤胞吐小体/AIEgen杂化纳米囊泡，促进肿瘤渗透和光动力治疗

　　背景介绍

　　光动力疗法（PDT）是一种临床策略，其原理是 利用光敏剂（PS）化合物在氧气（O2）存在下暴露于特定波长的光，然后产生细胞毒性自由基和活性氧物种（ROS），如单线态氧，从而治疗浅表性或局限性肿瘤及其他疾病。具有 聚集诱导发射（AIE）特性的PS药物的发展使PDT的新策略得以实现。 AIE基荧光团以孤立分子的形式存在于溶液中时，其发射率最小，而当它们以聚集体的形式存在时，则会产生更强烈的发射。AIE发光剂（AIEgens）是生物成像应用的理想工具，因为它们具有 高度的光稳定性、 生物相容性，而且可以实现 高对比度成像。重要的是，许多AIEgens可以很 容易地产生ROS并用于基于PDT的治疗干预。不幸的是， 大多数AIE-PS化合物是非常疏水的，因此不能很容易地用于体内生物环境中。之前的基于AIEgen系统的 载药量（DLC）低、 包封效率（EE）低、 对特定肿瘤的能力有限、 组织渗透能力差，因此，开发新的基于AIEgen的平台作为一种更有效地渗透肿瘤的手段是非常必要的。除上述局限性外，实体瘤中常见的 缺氧肿瘤微环境（TME）由于缺乏O 2 而影响PDT的疗效，而O 2是这些治疗策略有效性的关键。

　　肿瘤胞吐小体（exosomes，EXO）是 增强AIE-PS肿瘤渗透和疗效的一种潜在的理想途径。 EXO是一种小颗粒（50-200纳米），由细胞分泌，来源于多泡体。EXO具有许多特性，包括 缺乏免疫原性、 良好的生物相容性、以及由于内源性来源而 长时间保持循环的能力，使其成为很有希望的药物传递的候选方法。还能够 穿过血脑屏障并深入到结构或其他致密组织类型中。重要的是，EXO 可以被细胞内化，并且可以以基于EXO膜和细胞表面特异性蛋白质谱的特定方式归属于特定的组织或细胞类型。EXO不仅可以 增加不溶于水的化合物的溶解度，而且也非常适合临床药物传递应用，因此， EXO/AIEgen杂化纳米囊泡具有很大的潜力实现对癌症有效的PDT治疗。

　　最近， 香港科技大学的 唐本忠院士在《 Angewandte Chemie International Edition》上发表了题为“Tumor-exocytosed exosome/AIEgen hybrid nano-vesicles facilitate efficient tumor penetration and photodynamic therapy”的文章，采用 电穿孔法制备了肿瘤胞吐小体/AIEgen杂化纳米囊泡（DES），该囊泡有助于肿瘤的高效渗透。然后使用地塞米松使TME内的血管功能正常化，以减少局部缺氧，从而显著增强DES纳米囊泡的PDT效果，使其能够有效抑制肿瘤生长。他们 首次实现了AIEgen与生物肿瘤胞吐小体的杂化，并将PDT方法与肿瘤内血管正常化相结合，作为减少局部组织缺氧的手段。

　　肿瘤胞吐小体/AIEgen杂化纳米囊泡促进肿瘤有效渗透和光动力治疗的示意图

　　图文导读

　　1. DES的制备和表征

　　肿瘤胞吐小体/AIEgen杂化纳米囊泡（DES）采用电穿孔法制备，其中AIEgen采用先前研究的DCPy（B. Z. Tang, ACS Nano 2018, 12, 8145-8159）。用膜荧光探针DiO对其进行了染色，可以在共焦显微镜下观察到亮绿色的DiO荧光和红色的DCPy荧光（图1C），证实了DCPy在这些DES中的成功偶联。此外DES纳米囊泡的紫外可见吸收光谱在452nm处呈现出DCPy的吸收峰特征（图1D）。根据DCPy电穿孔效率值，随着初始DCPy浓度的增加， 包覆效率缓慢上升，直至达到88.2%的最大值，比常用的聚合物纳米粒子高很多。在4℃的PBS中储存3天后，DES纳米囊泡大小和zeta电位无明显变化，表明 这些颗粒高度稳定（图1F和1G）。光致发光（PL）光谱分析表明，DCPy的AIE性质和DCPy的PL性质在DES形成后发生了蓝移，再次表明了杂化纳米囊泡的成功制备。

　　图1（A）EXO和（B）DES纳米囊泡的TEM图像。（C）用共焦显微镜观察DES纳米囊泡内DiO（绿色）和DCPy（红色）的共定位。（D）PBS中DCPy、EXO和DES纳米囊泡的紫外可见光谱，插图显示DCPy（DMSO中）、EXO（PBS中）和DES纳米囊泡（PBS中）的颜色。（E）EXO、DCPy和DES纳米囊泡的Zeta电位值。（F）用DLS法测量了EXO和DES纳米囊泡的水动力直径。（G）分别于第1、2、3天测定悬浮于PBS中的DES纳米囊泡的zeta电位。（H）含10%DMSO、100%DMSO和DES-PBS溶液的DCPy聚合悬浮液的PL光谱。插图：在365纳米紫外线照射下拍摄的DCPy荧光照片。（I）Western blotting检测CD9（i）和CD63（ii）等外显子标记。

　　2. 体外试验

　　DES体外靶向癌细胞试验。由于DES纳米囊泡是由肿瘤细胞制备的，因此它们很容易被靶肿瘤细胞内化。 DCPy在体内化后能够特异性地染色活细胞中的线粒体，因此这种内化很容易被追踪。他们将4T1细胞与DES纳米囊泡一起孵育，并使用商业线粒体Mito-tracker Green FM探针进行染色（图2A和2E）。30分钟潜伏期后，可见DES纳米囊泡附着在4T1细胞上，2小时后， DES纳米囊泡内的DCPy染色可见肿瘤细胞线粒体。这些结果证实DES是靶向肿瘤细胞和线粒体的理想平台。

　　图2（A）随着时间的推移，4T1肿瘤细胞中Mito-tracker Green FM探针（绿色）和DCPy（红色）或DES的共定位。（B）在正常或缺氧条件下，PBS、DCPy或DES治疗和随后532nm激光照射（0.5W/cm2，5min）后的相对肿瘤细胞存活率，通过MTT分析进行评估。（C）治疗后肿瘤细胞荧光图像和（D）DCFH-A荧光强度。（E）用ImageJ软件对A的DCPy荧光强度进行了定量分析

　　DES颗粒体外PDT疗效及生物相容性评价。 这些AIEgen和DES的有效 1 O2 生成对于PDT疗效十分重要。因此，他们使用ABDA评估了它们产生 1 O2的能力，后者可能会被 1 O2氧化生成内过氧化物，从而导致ABDA吸收减少。在0.5W / cm 2的照射剂量下， DCPy和DES存在下的ABDA吸收量急剧下降。而且， 即使在高浓度的DCPy下，它们也具有令人满意的生物相容性。然后在正常和缺氧条件下评估DES纳米囊泡的PDT疗效（图2B）。在常氧条件下，DES或DCPy处理对适当的激光照射有显著的光毒性。然而，在缺氧条件下，这种效果明显降低。当使用DCFH-DA探针定量这些细胞中的活性氧产生时，正常条件下的荧光强度比缺氧条件下的明显降低（图2C）。证实 氧水平可以深刻地影响DES或DCPy介导的抗肿瘤PDT治疗方案的疗效。

　　为了克服这一局限性， 利用地塞米松（DEX）作为TME调节剂，作为改善这些肿瘤内有效氧供应的一种手段。为了证实该方法的有效性，从肿瘤植入后11-14天起，每天用DEX（3mg/kg）或PBS（n=3/组）皮下注射带有4T1肿瘤的BALB/c小鼠一次。结果表明，与PBS治疗相比，DEX治疗明显降低了低氧诱导因子HIF-1的染色强度，证实该治疗干预措施 足以明显缓解肿瘤内缺氧。

　　3. 体内试验

　　DES的体内药动学、生物分布及肿瘤组织渗透性评价。除了具有高度的细胞毒性和易于被肿瘤细胞内化外，理想的抗肿瘤平台还需要具有良好的系统生物分布特征。为了突出DES在体内的生物分布和药代动力学特性，他们使用聚乳酸-乙醇酸（PLGA）来包埋DCPy，并成功制备了PLGA/DCPy杂化纳米粒子（DPS），与DES进行对比。通过观察4T1荷瘤小鼠（n=3/组）体内DES和DPS的分布发现， DES和DPS在肝脏内的积聚相对较强，并且DES在动物体内表现出比DPS更有效的肿瘤倾向性（图3D）。值得注意的是，在DES介导的治疗（图3E和3F）后，从血管中可检测到约200μm的DCPy荧光，表明 DES纳米囊泡可以很容易地从血管中渗出，从而在有或无DEX的情况下深入肿瘤组织。

　　图3（A）PBS和DEX治疗后的典型CD31（红色）和αSMA（绿色）免疫荧光图像。（B）PBS和DEX治疗后具有代表性的HIF-1α免疫荧光图像。（C）4T1荷瘤小鼠注射后48h主要脏器的活体荧光显像和显像。白色虚线表示肿瘤。（D）DCPy+DEX、DES纳米囊泡、DPS+DEX或DES+DEX等剂量（5mg/kg）注射后12h DCPy组织生物分布的定量研究。（E）在4T1荷瘤小鼠治疗后12h的肿瘤组织切片中，DCPy（红色）与CD31标记的内皮细胞（绿色）共定位。（F）DCPy在血管和肿瘤组织中的分布特征。

　　DES体内PDT疗效评价。他们将4T1乳腺癌小鼠随机分为6个治疗组：1）对照组（PBS）；2）激光（L，532nm激光照射，0.5W/ cm2，20分钟，4个照射点，每个照射点5分钟）；3）DEX；4）DES；5）DES+L；和6）DES+DEX+L组（图4A）。 DES给药与激光照射的结合介导了肿瘤生长的部分抑制，而当动物也用DEX治疗时，这种抑制作用更为有效（图4B、4C）。苏木精和伊红（H&E）染色的组织切片进一步证实， DES+DEX+L治疗与大量坏死或凋亡肿瘤细胞死亡（图4D）同时出现的显著肿瘤组织丢失有关。用DCFH-DA测定这些治疗小鼠的肿瘤内活性氧（ROS）的产生，显示DES+DEX+L联合治疗小鼠的肿瘤染色明显增强。这证实了在这些动物身上观察到的增强疗效与自由基生成改善有关。

　　图4（A） DEX+DES+L实验设计综述。（B）肿瘤体积随时间的变化（C）治疗后的平均肿瘤重量值。（D） 指定治疗组的H&E染色肿瘤切片，并通过DCFH-DA染色测量肿瘤切片中的活性氧。

　　亮点小结

　　综上所述，作者开发了肿瘤胞吐小体/AIEgen杂化纳米囊泡。这些DES纳米囊泡在体内很容易穿透肿瘤，当与DEX联合使用时，作为缺氧TME血管正常化的一种手段，是PDT应用的理想选择。首先，这种纳米系统克服了在PDT中使用AIEgens的许多限制。此外，将这些仿生纳米囊泡与DEX介导的肿瘤血管正常化治疗结合起来，作为增强激光照射后肿瘤内ROS生成的手段，从而提高PDT的性能。总之，这项工作强调了一种新的肿瘤PDT方法，并强调了AIEgens的潜在临床应用。

　　全文链接：

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003672

　　高分子科学前沿建立了“肿瘤”等交流群，添加小编为好友（微信号：polymer-xiang，请备注：名字-单位-职称-研究方向），邀请入群。

　　作者：Yet 来源：高分子科学前沿

　　声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！