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香港科大唐本忠院士團隊/武大王富安課題組 JACS：設(shè)計一種AIE螺環(huán)近紅外發(fā)射探針用于DNAzyme敏化增強的乳腺癌光熱治療
2024-12-14  來源：高分子科技

  光熱療法（Photothermal therapy，PTT）因其高效、可控和無創(chuàng)性在腫瘤治療中受到了廣泛的關(guān)注。聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-induced emission, AIE）材料作為一種重要的光熱轉(zhuǎn)化試劑，可以將成像和治療的功能同步整合到一個AIE分子中，為腫瘤的診斷和治療提供了強有力的工具。然而，目前AIE分子的光療性能在很大程度上受到輻射和非輻射衰變拮抗作用的限制，導(dǎo)致光致發(fā)光和光熱性能不協(xié)調(diào)。同時，惡性腫瘤在光熱療法的高溫誘導(dǎo)下，會通過細胞抗凋亡機制進行自我保護，這也極大地限制了AIE分子的光療效果。


  為了打破這些限制，提高AIE分子的成像和光熱治療效果，近日，香港科技大學唐本忠院士團隊聯(lián)合武漢大學王富安課題組開發(fā)了具有近紅外發(fā)射的AIE螺環(huán)分子（命名為TTQ-SA），并引入脫氧核酶（DNAzyme）調(diào)控敏化腫瘤細胞，實現(xiàn)高效、準確的光熱治療。螺環(huán)分子具有立體化學結(jié)構(gòu)和獨特的跨空間共軛特性，賦予TTQ-SA強的AIE效應(yīng)，良好的光致發(fā)光量子產(chǎn)率和光熱性能，從而實現(xiàn)光致發(fā)光和光熱特性的可協(xié)調(diào)性。DNAzyme作為一個具有高效催化活性的基因沉默工具，可以下調(diào)細胞凋亡抑制劑蛋白Survivin的表達，促進細胞凋亡，進而敏化腫瘤細胞，提高TTQ-SA的光熱治療效果。作者將AIE螺環(huán)分子TTQ-SA與DNAzyme結(jié)合，構(gòu)建了靶向協(xié)同的基因治療-光熱治療納米遞送系統(tǒng)，從細胞及動物層面，系統(tǒng)地評估了多功能納米材料對原位和原發(fā)性乳腺癌的抗腫瘤、抗轉(zhuǎn)移治療效果，并探索其作用機制。這項工作為改善AIE分子的熒光/光熱成像和光熱治療效果提供了一個新的解決思路，在腫瘤光熱治療中展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。


圖1. AIE螺環(huán)近紅外發(fā)射探針用于DNAzyme敏化增強的乳腺癌成像和光熱治療示意圖。


本文亮點與重點總結(jié)


  （1）引入螺環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)建具有協(xié)調(diào)光致發(fā)光和光熱特性的D-A型AIE分子。螺環(huán)分子的三維構(gòu)型使其具有較大的空間位阻，與傳統(tǒng)的剛性平面分子相比，螺環(huán)材料在聚集狀態(tài)下可以有效抑制π-π堆積相互作用，從而抑制了聚集態(tài)中的聚集誘導(dǎo)猝滅效應(yīng)。剛性螺環(huán)結(jié)構(gòu)的引入可使AIE螺環(huán)材料的空間位阻效應(yīng)與分子內(nèi)跨空間共軛/跨空間電荷轉(zhuǎn)移（TSCT）實現(xiàn)協(xié)同作用，有利于增強AIE效果，并實現(xiàn)分子的疏松堆積。螺環(huán)結(jié)構(gòu)既可以有效調(diào)節(jié)AIE分子的吸收和發(fā)射，也能調(diào)控其輻射/非輻射能量消耗，這有利于發(fā)展具有良好光熱轉(zhuǎn)換能力和近紅外發(fā)射能力的AIE分子，實現(xiàn)腫瘤的診療一體化。


圖2. TTQ和TTQ-SA的X射線晶體結(jié)構(gòu)分析。


  （2）引入DNAzyme調(diào)控PTT過程中腫瘤細胞的抗凋亡響應(yīng)，敏化腫瘤細胞，增強AIE分子的光療效果。Survivin是細胞凋亡抑制劑蛋白家族中非常重要的一員，與細胞應(yīng)激反應(yīng)密切相關(guān)，并且?guī)缀踉谒腥祟惸[瘤中都過表達。抑制Survivin的表達可以對抗腫瘤細胞耐熱性，從而損傷細胞活力，誘導(dǎo)細胞自發(fā)凋亡。DNAzyme作為一個高效的基因沉默工具，可以特異性切割Survivin mRNA，調(diào)控凋亡相關(guān)蛋白的表達，因此在AIE分子光熱治療過程中有利于敏化腫瘤細胞，增強PTT效果。


圖3. AIE螺環(huán)分子用于小鼠腫瘤組織選擇性成像和DNAzyme調(diào)控敏化增強的抗腫瘤治療。


  （3）將AIE螺環(huán)分子TTQ-SA與DNAzyme結(jié)合，構(gòu)建了葉酸靶向的協(xié)同基因治療-光熱治療納米遞送系統(tǒng)。DNAzyme基因沉默的引入顯著提升了AIE螺環(huán)分子的光熱治療效果。在熒光/光熱成像指導(dǎo)下，納米遞送系統(tǒng)可以有效地促進腫瘤細胞凋亡，抑制腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移，在皮下，原位和原發(fā)性乳腺癌中均顯示了良好的抗腫瘤治療效果。


  這項成果發(fā)表在近期的Journal of the American Chemical Society上。香港科技大學唐本忠院士課題組博士后陳盈盈、陽生熠以及歐新文為文章的共同第一作者，香港科技大學林榮業(yè)教授、唐本忠院士，武漢大學王富安教授，余文倩博士為文章的通訊作者。


  論文信息：

  Chen, Y.; Yang, S.-Y.; Ou, X.; Wang, H.; Kong, F.-C.; Chow, P. C. Y.; Wang, Y.; Jiang, Y.; Zhao, W.; Sun, J.; Kwok, R. T. K.; Zheng, D.-W.; Yu, W.;* Wang, F.;* Lam, J. W. Y.;* Tang, B. Z.* Engineering a Near-Infrared Spiro-Based Aggregation-Induced Emission Luminogen for DNAzyme-Sensitized Photothermal Therapy with High Efficiency and Accuracy. J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c14818. 

  https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c14818

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（責任編輯：xu）
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