【Advanced Materials】倪大龙： “开壳”型纳米声敏剂可实现谷胱甘肽响应的癌症声动力学疗法

在过去的十年中，声动力疗法（SDT）因其在物组织穿透深度和非侵入性治疗方面展现出的独特优势而受到广泛关注。在声动力疗法中，激发声致发光时，声敏化剂会将三重态氧（3O2）或水分子转化成活性氧（ROS），从而有效破坏杀伤癌细胞。然而，声致敏剂对正常组织的有害影响和较短的生物半衰期限制了声动力疗法的进一步应用转化。

针对这一问题，上海交通大学瑞金医院倪大龙教授、Wu Zhiyuan 和威斯康星大学麦迪逊分校蔡伟波教授等人合成了一种新的声敏化剂（Cu（II）NS），它由卟啉、螯合Cu2+和PEG组成，以克服声动力疗法的挑战。由于Cu2+含有27个电子，因此Cu（II）NS有一个未配对的电子（开壳层），导致双基态和无声敏性性质。然而研究发现，肿瘤中过表达的谷胱甘肽（GSH）可减少Cu2+并生成Cu（I）NS，导致单线态基态和声敏性作用恢复。此外，PEG可增加Cu（II）NS的血液生物半衰期从而强化其在肿瘤的富集，最终进一步增强声动力学的治疗作用。相关工作以“Open-shell Nanosensitizers for Glutathione Responsive Cancer Sonodynamic Therapy”为题发表在Advanced Materials。

【文章要点】

该研究报道的纳米声敏剂Cu（II）NS含有四氢萘羧基苯基卟啉（TCPP）、TCPP螯合的二价铜离子Cu2+和用于增加材料稳定性的8臂PEG-NH2。一般来说，有机声敏化剂通常具有封闭的壳层结构，这意味着所有的电子都是成对的，基态则是单线态（S0）。从Jablonski图上看，声致发光将S0激发至S1状态，然后，S1通过系间窜跃（ISC）转变成三重激发态T1，而T1可将三重态氧（3O2）转变成单线态氧（1O2）并将自身驰豫恢复至S0。然而由于单个Cu2+有27个电子，因此在Cu- TCPP络合物中有一个未配对的电子，表明Cu（II）NS为开壳层，而基态为双重态（D0），从而无法在超声作用下产生活性氧（图1）。

图1 Cu（I）NS和Cu（II）NS的模拟构象

然而，研究发现当Cu（II）NS进入肿瘤组织时，过渡表达的谷胱甘肽可将Cu（II）NS还原成Cu（I）NS（即将铜离子还原成亚铜离子）。由于Cu+具有28个电子，不存在未配对电子，因此Cu（I）NS是闭合壳层结构并且可在声动力学过程中产生单线态氧这一活性氧物质。检测显示，在超声作用180s的前提下，Cu（I）NS单线态氧的产生量比Cu（II）NS高了3.8倍（图2）。通过谷胱甘肽调节Cu（I）/Cu（II）价态变化，Cu（II）NS可实现更加精准的声动力学治疗。

图2 Cu（II）NS的性能表征

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110283

文章来源：高分子科学前沿