中科院化学所&中国农大Angew. Chem. Int. Ed.：与血红蛋白共价结合的共轭聚合物纳米颗粒用于自发光、自供氧的光动力治疗

【引言】

光动力疗法被视为治疗包括癌症在内的众多疾病的新颖的临床方法，由于其无创性和空间选择性高而吸引了大量研究者的兴趣。光敏剂、光源和分子氧是光动力疗法的三种主要组分。光敏剂在光的照射下被激活到激发单重态，激发单重态通过系间窜越被激活到激发三重态。接着，光敏剂将能量传递给分子氧的三重态，生成能杀死癌细胞的自由基和/或者活性氧。尽管光动力疗法在癌症治疗上颇具前景，但它在临床的应用上依然具有局限性。例如，由于光的穿透深度和传输效率有限，光动力疗法对外部光源的需求阻碍了其在深层组织治疗的应用，以及由于实体肿瘤的微环境通常含氧量低，分子氧限制了光动力疗法对实体肿瘤的疗效。从这个角度来看，开发新型的光动力疗法体系来同时防止这两个问题是非常有意义的。

【成果简介】

中国科学院化学研究所的王树研究员、刘礼兵研究员以及中国农业大学的任雪芹教授（共同通讯作者）报道了基于血红蛋白（Hb）共价结合的共轭聚合物纳米颗粒，并用于高效的光动力疗法的体系，这种体系能同时自发光和自供氧。在这种体系中，Hb作为催化剂，同时提供氧气。共轭聚合物MEH-PPV纳米颗粒能通过化学发光共振能量转移吸收鲁米诺的化学发光，然后敏化血红蛋白提供的氧气来产生能杀死癌细胞的活性氧。而且，这种体系能通过前药策略用于抗癌药物的可控释放来同时进行化疗。这种体系不需要穿透深度有限的外部光源，以及避免了分子氧在含氧量低的环境的不足。相关成果以“Hemoglobin‐Linked Conjugated Polymer Nanoparticles for Self‐Luminescing and Oxygen Self‐Supplying Phototherapy”为题于近日发表在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。

【图文导读】

Scheme 1.

a)Hb-NPs@liposome的制备示意图

b)用于光动力疗法的自发光和自供氧的体系的示意图

Figure 1.a)MEH-PPV的标准化吸收光谱和鲁米诺的发光光谱

b)MEH-PPV纳米颗粒的尺寸分布; 插图是MEH-PPV纳米颗粒的代表性的TEM图

c) 、d)纳米颗粒和Hb共价结合前后的流体力学直径（图c）和 ZETA电位（图d）

e)Hb-NPs@liposome的尺寸分布; 插图是 Hb-NPs@liposome的代表性的TEM图
f)oxy-Hb-NPs@liposome和 oxy-Hb-NPs的氧解离曲线

Figure 2.

a)鲁米诺在分别同时存在Hb、Hb和纳米颗粒的混合物以及Hb-NPs的条件下的发光光谱；插图是 MEH-PPV纳米颗粒的荧光强度图的放大图

b)活性氧产率的评价

c)活性氧产率的评价

Figure 3.

a)Hb-NPs@liposome治疗6h和12h后的海拉细胞的共聚焦荧光图

b)Hb-NPs@liposome潜伏12h后的海拉细胞的共聚焦荧光图

c)海拉细胞存活率

Figure 4.

a)前药的释放机理

b)前药（黑线）、加了S(luminol, H₂O₂)后的前药（蓝线）、加了S(luminol, H₂O₂)/oxy-Hb-NPs后的前药（红线）、氮芥（绿线）的¹H NMR图

c)HCT-8细胞的存活率

【总结】

研究团队成功地基于能自发光和自供氧、与血红蛋白共价结合的共轭聚合物纳米颗粒构建了用于高效的光动力疗法的新体系。血红蛋白是这个体系的催化剂，同时供应分子氧。通过将血红蛋白与共轭聚合物纳米颗粒共价结合，这个体系产生了更多的活性氧，提高对癌细胞的杀伤效果。该体系通过将化学发光和自供氧相结合来用于高效的光动力疗法。而且，该体系能通过前药策略用于抗癌药物的可控释放来同时进行化疗。另外，该体系不需要穿透深度有限的外部光源，以及避免了分子氧在含氧量低的环境的不足。这项工作为智能的、多功能的纳米平台用于高效的光疗法提供了新策略。

文献链接：Hemoglobin‐Linked Conjugated Polymer Nanoparticles for Self‐Luminescing and Oxygen Self‐Supplying Phototherapy（Angew. Chem. Int. Ed.，2019，DOI：10.1002/anie.201905884）

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