引言：

基于近紅外激光照射的光熱療法(PTT)由于其無(wú)創(chuàng)、無(wú)有害副作用、適用性廣，在癌癥治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的NIR-I光學(xué)窗口(650-950 nm)相比，近紅外二區(qū)(NIR-Ⅱ)生物窗口(1000-1700 nm)允許更深的組織穿透深度，更低的信噪比，更高的最大允許曝光。天然黑色素在近紅外區(qū)具有良好的吸收和較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，在生物醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域顯示出很大的前景。然而，光線穿透受限可能導(dǎo)致腫瘤消除不完全，特別是激光照射區(qū)域邊緣殘留的腫瘤細(xì)胞，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)并向遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移。近年來(lái)，包括檢查點(diǎn)阻斷治療、細(xì)胞因子治療以及單克隆抗體治療在內(nèi)的多種免疫治療方法在臨床研究中被用于探索治療癌轉(zhuǎn)移性。然而，大多數(shù)癌癥本身具有免疫抑制性，很難通過(guò)目前的免疫療法加以控制。因此，結(jié)合光熱治療等局部療法，可以巧妙地克服免疫療法的局限性，最大限度地發(fā)揮兩種治療方式的優(yōu)點(diǎn)，既能激活免疫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥的長(zhǎng)期免疫，增加整體治療的選擇性。

基于以上研究背景，近日，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)王麗麗教授和中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所林君教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)差速離心法提取均勻的墨魚囊黑色素，在正硅酸四乙酯(TEOS)和十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)存在下，以均三甲苯作為擴(kuò)孔劑，從而合成了mSiO2包覆黑色素的蛋黃殼納米結(jié)構(gòu)(MS)；并在SiO2殼層接枝上-NH2后，(3-羧基丙基)三苯基溴化磷(CTPP)與-NH2共價(jià)鍵合，得到CTPP改性的納米顆粒；最后，將AIPH加載到MS-CTPP的大介孔中，構(gòu)建AIPH@MS-CTPP納米結(jié)構(gòu) (圖1)。

該平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) SiO2和天然黑色素納米顆粒均具有良好的生物相容性和生物安全性；2) SiO2殼內(nèi)接枝的(3-羧基丙基)三苯基溴化膦(CTPP)賦予MS線粒體靶向性；3) 大介孔可顯著增加AIPH的負(fù)荷量，進(jìn)而促進(jìn)烷基自由基的生成，殺傷腫瘤細(xì)胞；4) NIR-Ⅱ介導(dǎo)的PTT和TDT具有較高的最大允許輻照和組織穿透深度；5) 天然黑色素納米顆粒能使M2 表型巨噬細(xì)胞復(fù)極化成抗腫瘤M1表型，誘導(dǎo)PTT和二氧化硅雙介導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)；6)在1064 nm近紅外二區(qū)激光照射下，通過(guò)黑色素的光熱轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了光熱治療和熱動(dòng)力治療的協(xié)同治療，也實(shí)現(xiàn)了光熱治療和二氧化硅介導(dǎo)的免疫增強(qiáng)作用。?

圖文詳情：

示意圖1：AIPH@MS-CTPP及其協(xié)同PTT、TDT和免疫療法抑制腫瘤生長(zhǎng)。

圖1?AIPH@MS-CTPP納米顆粒的表征?a-d)?黑色素、MS、MS-CTPP和AIPH@MS-CTPP的TEM圖像；e-h)?黑色素、MS、MS-CTPP和AIPH@MS-CTPP的SEM圖像；i-l) AIPH@MS-CTPP中C、N、Si、O、Cl和P的元素映射圖、HADDF-STEM圖、線掃描輪廓和XPS光譜；m)?黑色素和MS的氮?dú)馕?解吸等溫線；n)?黑色素、MS和AIPH@MS-CTPP的DLS分布圖；o)?黑色素、MS、MS-NH2和AIPH@MS-CTPP納米顆粒的Zeta電位。

圖2?AIPH@MS-CTPP的XPS和光熱轉(zhuǎn)換性能表征 a-f) AIPH@MS-CTPP中Si 2p, O 1s, C 1s, N 1s, Cl 2p, P 2p的XPS譜；g) MS水溶液(1 mg·ml-1)的紫外-可見光譜；h) 黑色素和MS (1 mg·ml-1)的溫度曲線；i)不同濃度的MS在1064 nm激光照射下的溫度曲線；j, k) MS隨輻照溫度變化8min，然后關(guān)閉激光的溫度變化曲線以及冷卻時(shí)間與負(fù)自然對(duì)數(shù)的關(guān)系圖；l) MS納米顆粒的循環(huán)加熱曲線以上所用激光輻照功率均為1.0 W·cm-2。

圖3?體外聯(lián)合治療效果 a) PTT/TDT流程示意圖(AIPH@MS-CTPP)；b, c) AIPH@MS-CTPP溶液中POBN的ESR光譜以及ESR峰值隨輻照時(shí)間的變化曲線；d) CLSM圖像顯示AIPH@MS/Ce6和AIPH@MS-CTPP/Ce6孵育4 h后的亞細(xì)胞定位；e)不同濃度的黑色素、MS、MS-CTPP和AIPH@MS-CTPP在黑暗條件下處理4T1細(xì)胞的相對(duì)存活率；f)不同濃度的黑色素、MS、MS- CTPP或AIPH@MS-CTPP處理12 h后，1064 nm激光照射4T1細(xì)胞的相對(duì)存活率；g)不同分組4T1細(xì)胞自由基檢測(cè)(標(biāo)尺為250 μm)；h)不同組calcein AM(綠色)和PI(紅色)染色的4T1細(xì)胞的CLSM成像；i)不同處理的4T1細(xì)胞凋亡檢測(cè)。以上使用照射激光:1064 nm, 1.0 W·cm- 2, 5 min。

圖4?不同納米顆粒的體內(nèi)治療評(píng)價(jià) a) 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的處理過(guò)程；b)1064 nm激光照射荷瘤小鼠的近紅外熱像圖；c)治療過(guò)程中4T1荷瘤小鼠的照片；d, e)第9天不同治療后的原發(fā)和遠(yuǎn)端腫瘤的電子照片；f, g) 治療后小鼠原發(fā)和遠(yuǎn)端腫瘤重量；h, i)各組小鼠第9天的原發(fā)腫瘤和遠(yuǎn)端腫瘤相對(duì)體積曲線；j, k) Western blot和Caspase-3在原發(fā)和遠(yuǎn)端腫瘤中不同處理的相對(duì)蛋白表達(dá)；l, m)原發(fā)和遠(yuǎn)端腫瘤切片H&E和TUNEL染色圖像；比例尺= 50 μm。以上分組為 Ⅰ: PBS + α-PD-1 +激光、Ⅱ:黑色素+激光、Ⅲ:MS +激光、Ⅳ:AIPH@MS +激光、Ⅴ:AIPH@MS-CTPP +激光、Ⅵ:AIPH@MS-CTPP + α-PD-1 +激光。(1064 nm激光，1.0 W·cm-2)。

圖5 小鼠體內(nèi)免疫治療 a-c) ELISA檢測(cè)TNF-α，b) IFN-γ，c) IL-12蛋白的含量；d) 不同治療后遠(yuǎn)端腫瘤中CD4+、CD8+ T細(xì)胞浸潤(rùn)及Foxp-3 Treg細(xì)胞、CD86、CD206的代表性免疫熒光圖像。比例尺:50 μm。以上分組為：Ⅰ: PBS + α-PD-1 +激光、Ⅱ: 黑色素+激光、Ⅲ: MS +激光、Ⅳ: AIPH@MS +激光、Ⅴ: AIPH@MS-CTPP +激光、Ⅵ: AIPH@MS-CTPP + α-PD-1 +激光。(1064 nm激光，1.0 W·cm-2)。

圖6?小鼠正常器官的H＆E染色 荷瘤4T1小鼠不同處理后臟器組織(心、肝、脾、肺、腎)的H&E染色(標(biāo)尺:50 μm)。以上分組為 Ⅰ: PBS + α-PD-1 +激光、Ⅱ: 黑色素+激光、Ⅲ: MS +激光、Ⅳ: AIPH@MS +激光、Ⅴ: AIPH@MS-CTPP +激光、Ⅵ: AIPH@MS-CTPP + α-PD-1 +激光 (1064 nm激光，1.0 W·cm-2)。

小結(jié)

本文通過(guò)提取直徑為100 nm左右的天然墨魚囊黑色素，后用大介孔SiO2包被，CTPP修飾后負(fù)載AIPH，形成了AIPH@MS-CTPP納米顆粒。在1064 nm的激光照射下，AIPH@MS-CTPP納米顆粒表現(xiàn)出出色的光熱性質(zhì)，產(chǎn)生熱量使AIPH熱分解產(chǎn)生烷基自由基，用于原位實(shí)體瘤的治療。將PTT、TDT與α-PD-1治療等多種治療手段聯(lián)合，通過(guò)體外激光照射，體內(nèi)注射免疫檢查點(diǎn)阻斷劑的方式，來(lái)達(dá)到殺滅原位腫瘤，抑制遠(yuǎn)端腫瘤的目的。此外，基于天然黑色素和介孔SiO2都具有良好的生物安全性，因此我們得到的AIPH-MS@CTPP納米顆粒具有很好的臨床治療前景。

該成果以“Mitochondrial Targeted Melanin@mSiO2Yolk-shell Nanostructures for NIR-Ⅱ-driven Photo-Thermal-Dynamic/Immunotherapy”為題，發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《Chemical Engineering Journal》(文章DOI：10.1016/j.cej.2022.134869)。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)為該論文第一完成單位，中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所、山東大學(xué)和山東第一醫(yī)科大學(xué)青島附屬醫(yī)院為合作單位。張宇同學(xué)和王琦同學(xué)為該論文的共同第一作者，王麗麗教授、林君教授、丁彬彬特別研究助理為共同通訊，紀(jì)奕順主治醫(yī)師和范麗媛博士為論文的合作者。該項(xiàng)研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、中澳政府科技合作項(xiàng)目、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃以及青島農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才基金等項(xiàng)目的資助。?

該組其他相關(guān)工作

(1) NIR-Driven Water Splitting H2 Production Nanoplatform for H2-MediatedCascade-Amplifying Synergetic Cancer Therapy?(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 23677-23688, DOI: 10.1021/acsami.0c03852)

(2) A Three-in-one ZIFs-Derived CuCo(O)/GOx@PCNs Hybrid Cascade Nanozymefor Immunotherapy/Enhanced Starvation/Photothermal Therapy (ACS Appl. Mater.Interfaces, 2021, 10.1021/acsami.1c01006)

(3) A multimodal strategy of Fe3O4@ZIF-8/GOx@MnO2hybrid nanozyme via TME modulation for tumor therapy (Nanoscale, 2021, DOI:10.1039/d1nr04196g)

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