「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

Han SJ抗菌科技圈

第一作者：Sichao Tian

通讯作者：Qing-Hua Xu

通讯单位：新加坡国立大学

研究速览：

近期，新加坡国立大学徐清华教授团队在Nano Today上发表了聚集增强光活性的光敏剂共轭金属纳米颗粒，在低于皮肤耐受阈值情况下用于多模态成像和协同光疗的研究工作。在过去的几年中，光疗技术，如光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT），因其侵袭性小、远程控制和低系统毒性的优点，作为一种强大的癌症治疗技术，已经引起了广泛的关注。然而，传统的PDT/PTT药物通常存在效率低和没有成像能力的缺点。金属纳米颗粒偶联物最近被证明显示了一种新型的聚集诱导发射，使其成为具有吸引力的多功能治疗药物。本文设计了二氢卟吩E6（Ce6）共轭的金纳米颗粒（Au NPs），它显示出显著增强的单光子和双光子激发荧光、单线态氧（1O2）的产生和光热效应。利用聚集的Ce6-Au NPs在癌细胞内原位形成聚集体，分别在红光和近红外光下单光子和双光子激发下作为荧光成像探针。聚集的Ce6-AuNPs也表现出良好的PDT和PTT性能，通过使用功率密度低于皮肤耐受性阈值的红光连续波激光器，可以有效根除癌细胞。

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

要点分析：

要点一：

细胞的单光子和双光子激发荧光成像。由于聚集的Ce6-Au NPs单光子激发（1PE）/双光子激发（2PE）荧光显著增强，光稳定性提高，聚集的Ce6-Au NPs被用作成像探针，在红光单光子激发和近红外光双光子激发下进行深度穿透。

要点二：

PDT/PTT治疗癌细胞。Ce6-Au NPs聚集后，其PTT和PDT显著增强，增强的PTT和PDT的协同效应允许使用红光连续波（CW）激光有效治疗癌细胞，其低功率密度低于安全皮肤耐受阈值。聚集的Ce6-Au NPs在癌细胞内原位形成，并且可以通过破裂回到休眠状态，具有显著淬灭的光活性，以减少治疗后的副作用。

图文导读

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

图1　（a）Ce6（上图）的标准化吸收（abs.）和发射光谱（em.），以及Au NPs与Ce6共轭前后（下图）的消光光谱。（b）Ce6-Au NPs溶液逐渐加入不同量半胱胺后的消光光谱。游离Ce6、分散的和聚集的Ce6-Au NPs的（c）单光子激发（1PE）荧光（λex: 400 nm）和（d）双光子激发（2PE）荧光（λex: 800 nm）光谱。聚集的Au NPs（蓝线）的2PPL也包括在了（d）图中，以便直接比较。插图为不同半胱胺含量对应的增强因子。

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

图2　（a）游离的Ce6、Ce6-Au NPs和具有最好的荧光性能的聚集Ce6-Au NPs的荧光寿命衰减。（b）在405nm连续激光照射1000s下，聚集的Ce6-Au NPs和游离Ce6的荧光强度。

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

图3　（a）在游离Ce6、分散和聚集的Ce6-Au NPs存在下，9，10-蒽二基-双（亚甲基）二甲酸（ABDA）的光氧化随辐照时间的变化。（b）Ce6在405nm连续激光照射1000s下聚集的Ce6-Au NPs和游离Ce6的荧光强度。

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

图4　HeLa癌细胞与游离的Ce6、分散的和聚集的Ce6-Au NPs孵育后的亮场图像（左）、1PE荧光图像（中）和合并图像（右）。（[Au NPs] = 4 nM, λex: 633 nm）。

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

图5　 HeLa癌细胞与游离的Ce6、分散的和聚集的Ce6-Au NPs孵育后的亮场图像（左）、2PE荧光图像（中）和合并图像（右）。（[Au NPs] = 4 nM, λex: 800 nm）。

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗

图6　游离的Ce6、聚集的Au NPs、分散的和聚集的Ce6-Au NPs以及无纳米颗粒对照组与HeLa癌细胞孵育后在660nm CW激光（能力密度: 194 mW/cm2 )照射下（a）不同照射时间（[Au NPs] = 250 pM）及（b）不同浓度（照射时间: 10 min）的细胞活力。

结论

本文开发了一种聚集诱导发射机制的光敏剂共轭金属纳米颗粒，即Ce6-Au NPs。在聚集状态下，Ce6-Au NPs表现出多模态成像能力和高效的PDT/PTT协同治疗效果。由于1PE/2PE荧光显著增强，光稳定性提高，聚集的Ce6-Au NPs也被用作成像探针，在红光单光子激发和近红外光双光子激发下进行深度穿透。聚集的Ce6-Au NPs在癌细胞内原位形成，并且可以通过破裂回到休眠状态，具有显著淬灭的光活性，以减少治疗后的副作用。

在Ce6-Au NPs形成聚集物后，预淬灭的Ce6的光活性显著增强。与预淬灭的Ce6-Au NPs相比，聚集的Ce6-Au NPs的1PE和2PE荧光强度分别提高了24.2倍和47.0倍，比游离的Ce6提高了3.9倍和8.5倍。
聚集的Ce6-Au NPs除了亮度增加外，由于激发态寿命缩短，其光稳定性比游离的Ce6提高了约23倍。
聚集的Ce6-Au NPs的最佳1O2生成效率是预淬灭的Ce6-Au NPs的13.4倍，是游离Ce6的2.3倍。

全文链接： https://doi.org/10.1016/j.nantod.2022.101534

参考文献：Sichao Tian, Jingling He, Da Lyu,Shuang Li,Qing-Hua Xu. Aggregation enhanced photoactivity of photosensitizer conjugated metal nanoparticles for multimodal imaging and synergistic phototherapy below skin tolerance threshold.Nano Today. 2022.

dol: 10.1016/j.nantod.2022.101534.

「科研快报」聚集增强光敏剂共轭金属纳米粒子用于皮肤协同光疗