第一作者：牛高丽，毕兴旗，康勇

通讯作者：姬晓元

通讯单位：天津大学

论文DOI：10.1002/adma.202407199.

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该论文着重归纳总结了天津大学姬晓元团队开发一种新型A-D-A小分子DTPC-N2F，制备成纳米颗粒DNPs，能被980 nm近红外光激发双模态光疗，从而诱导肿瘤细胞死亡并激活抗肿瘤免疫，结合铝佐剂增强免疫反应，为宫颈癌治疗提供新策略。

背景介绍

近年来，光免疫疗法（PIT）作为一种新兴的癌症治疗策略，结合了免疫治疗的特异性和持久性以及光疗的精确性，特别是光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）双模态光疗，为癌症治疗提供了新的视角。PDT通过产生ROS， PTT通过高温杀死癌细胞。这两种方法虽然各有疗效，但也存在局限性，如PDT对肿瘤缺氧环境的敏感性和PTT可能对健康组织造成的附带伤害。因此，将PDT和PTT结合的双模光疗显示了提高穿透力、减少副作用和增强治疗效果的潜力。然而，双模光敏剂的临床应用受到其设计复杂性、潜在毒性和光穿透深度限制的挑战。

研究出发点

针对上述问题，天津大学姬晓元团队开发了一种新型的受体-供体-受体（A-D-A）结构小分子DTPC-N2F，该分子利用其在太阳能领域中展示的优异光吸收、能量转换特性及其强大的分子内电荷转移（ICT）和系间穿越（ISC）能力使其能够有效转换光能，产生热量及ROS物质，增强了PIT的治疗潜力。通过纳米共沉淀技术，DTPC-N2F被封装进DSPE-PEG5000纳米粒子中，形成具有较高光热转换效率的DNPs。这些纳米粒子在980 nm激光激发下展现出优异的PTT和PDT效果，有效促进免疫原性细胞死亡并激活抗肿瘤免疫反应。研究还结合使用铝佐剂凝胶，开发了一种针对宫颈癌的新型光免疫治疗策略，该策略在宫颈癌动物模型中显著抑制了原发性和转移性肿瘤的生长。为宫颈癌的早期和晚期治疗提供了新的科学依据和治疗方案。

图1. DNPs@CM+Alum光免疫疗法原位治疗宫颈癌示意图

研究主要内容

1. DTPC-N2F、DNPs和DNPs@CM的相关特性：DTPC-N2F展现出强光吸收能力，摩尔消光系数为1.68 × 105 M−1 cm−1。HOMO和LUMO的分布特征显示出窄带隙、强分子内电荷转移（ICT）能力。通过纳米沉淀法制备DNPs，最大水合粒径为164.2 nm，表面电位为−40.4 mV，显示出良好的胶体稳定性。包被同源肿瘤细胞膜后制备的DNPs@CM其最大流体动力学直径为342 nm。DTPC-N2F在THF溶液中的紫外最大吸收峰为847 nm，固态时为928 nm，而DNPs的吸收峰进一步红移至949 nm，表明其在近红外光下的光热治疗能力增强。DTPC-N2F在THF中表现出高荧光，而DNPs的荧光被淬灭，能更有效的将光能转化为热能。TEM图像显示DNPs呈现均匀的球形结构，并显示膜包被成功。

图2. DTPC-N2F、DNPs和DNPs@CM的相关特性

2、DNPs的光热和光动力效应：首先计算DNPs的光热转换效率（𝜂）达到67.94%，对DNPs在980 nm激光照射下的光热和光动力效应研究结果显示，DNPs在不同浓度同一激光功率照射和同一浓度不同激光功率照射后均出现快速的温度上升，最高可达68.2°C，足以诱导肿瘤细胞凋亡。此外，DNPs在激光照射下有效生成多种活性氧（ROS），包括超氧阴离子、单线态氧和羟基自由基，显示出其优越的光动力治疗能力。整体结果表明，DNPs在980 nm激光激发下具有显著的光热和光动力治疗效果，适合用于癌症治疗。

图3：DNPs 的PTT 和 I 型、 II 型 PDT 效应

3、DNPs的体外抗肿瘤性能：研究结果表明，最高浓度（100 µg/mL）的DNPs在未接受激光照射情况下对U14和ncm460的细胞活力无明显影响，显示出良好的生物相容性。然而，在980 nm激光照射下，DNPs显著降低了U14细胞的存活率，浓度为12.5、25和50 µg/mL时，细胞活力均低于20%。通过活死细胞染色及流式凋亡分析，DNPs+L和DNPs@CM+L组中观察到大量死细胞，凋亡比例明显增加。同时观察到DNPs 980 nm激光照射后细胞内产生大量ROS，共同诱导线粒体膜电位的变化和DNA损伤，同时WB试验也观察到了凋亡相关蛋白表达的改变。这些结果表明，DNPs自身无细胞毒性，而在980 nm激光照射下能够有效诱导肿瘤细胞凋亡，具有良好的抗肿瘤效果。

图4：DNPs的体外抗肿瘤性能

4、DNPs@CM与铝佐剂联合治疗宫颈癌的体内抗肿瘤效果：研究结果显示，在接受治疗的宫颈癌小鼠模型中，DNPs@CM+L和DNPs@CM+Alum+L组的肿瘤明显缩小，尤其是后者中5只小鼠的肿瘤完全消失。生物发光成像和解剖图像均显示出DNPs@CM+Alum+L组获得最优的治疗效果。此外，整个治疗过程中小鼠的体重变化不大，表明该治疗方案的安全性。这些结果表明，DNPs与铝佐剂的联合治疗在宫颈癌的体内治疗中具有良好的疗效。

图5：体内抗肿瘤效应

5. DNPs@CM与铝佐剂联合治疗对宫颈癌转移的抑制效果: 研究结果显示，在模拟的宫颈癌和腹腔转移瘤小鼠模型中，DNPs@CM+Alum+L组的小鼠表现出较少的腹腔转移病灶和较小的腹水量，肿瘤生长受到抑制。流式细胞术分析显示，该组小鼠的记忆性T细胞比例明显高于对照组，显示免疫记忆功能增强。这些研究结果表明，DNPs@CM与铝佐剂的联合治疗能够有效激活免疫反应，抑制宫颈癌的转移和腹腔转移肿瘤的生长。

图6. DNPs@CM+ Alum的免疫记忆分析和腹腔转移抑制能力

总结与展望

本研究开发了一种新型的A-D-A小分子DTPC-N2F，能够在长波长近红外光激发下展现出高摩尔消光系数和优异的光热转换效率。通过纳米沉淀法制备的DNPs显示出良好的生物相容性和显著的光热及光动力治疗效果，能够有效诱导肿瘤细胞凋亡。此外，DNPs与铝佐剂的联合治疗在宫颈癌的体内模型中表现出良好的抗肿瘤和免疫增强效果，并促发免疫记忆功能，显著抑制了肿瘤生长和转移。

展望未来，研究将继续优化此类小分子材料的设计，提高其生物相容性，并探索新的策略以克服现有的局限性。结合光免疫治疗的策略，期望能够进一步提升治疗效果，促进临床应用，为早期和晚期宫颈癌的治疗提供新的思路和方法。

课题组介绍

姬晓元，天津大学长聘教授，博士生导师，智能医学工程教育部工程研究中心副主任。国家优青，科睿唯安“全球高被引科学家”，全球前2%顶尖科学家，天津市领军人才，天津市海河英才。重点针对肿瘤、神经系统疾病、组织/器官损伤等临床面临的棘手问题，融合材料学、生物学、医学的研究，设计开发具有良好生物相容性与生物活性的智能材料，发展新型生物制造工艺，研究其在生命系统中的行为与作用，探索针对肿瘤、神经系统疾病、组织/器官损伤以及其他重大疾病的创新治疗策略。以第一/通讯作者在Sci. Adv.、Nat. Commun.、PNAS、Matter、Med、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Edit.、Chem. Soc. Rev.等学术期刊发表论文80余篇, 所发表论文他引9000余次，其中23篇论文入围“ESI高被引论文”。申请和授权国内外发明专利20余项，获得Nanoscale Emerging Investigators、Wiley & Exploration优秀青年科学家、华夏医学科技奖等科技奖励。主持国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目、青年科学基金项目、省市科技项目等10余项。应邀担任Exploration副主编、The Innovation、Fundamental Research、Asian Journal of Pharmaceutical Sciences、Chinese Chemical Letters等编委/青年编委，中国生物材料学会青年委员，担任国家自然科学基金、科技部重点研发计划、及各省市科学基金项目会评/函评专家。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202407199