本文要点：光热疗法(PTT)是一种利用光热转换剂(PCAs)将光能转化为热，来消融癌细胞的热疗策略。在治疗癌症过程中，高温热消融会引起全身免疫反应，而在低温范围(<45°C)消融肿瘤可能是一种可以避免正常细胞损伤的方法。但是，由于热休克蛋白(HSPs)的上调，在低温度下的消融效果是不够的。本文构建了一种AIE纳米载药系统，当与肿瘤微环境中过表达H2O2接触时，就会迅速释放CO，不仅可以抑制肿瘤细胞的快速增殖，而且可以抑制热休克蛋白的过表达，提高肿瘤低温光热治疗的效果。

方案1：(A) mPEG(CO)合成路线示意图；(B)由mPEG(CO)和PBPTV组成的纳米炸弹示意图；(C)纳米炸弹低温治疗过程示意图

研究思路：使用十二羰基三铁和巯基聚乙二醇（mPEG2000-SH）合成了聚合物载体材料mPEG(CO)，并进一步与光热试剂PBPTV组装，形成化学触发的AIE纳米炸弹（PBPTV@mPEG(CO)）（方案1A和1B）。在光热治疗过程中，纳米炸弹在肿瘤微环境中过量的H2O2的刺激下，释放出大量CO，抑制HSPs的过表达，从而实现低温光热疗法治疗肿瘤（方案1C）。

图1：(A) PBPTV@mPEG(CO)水溶液的紫外吸收(蓝色)和荧光发射(红色)光谱；(B) TEM和DLS测得的粒径；(C) PBPTV@mPEG(CO)的EDS元素图；(D) 808 nm近红外激光照射下FILR相机记录的升温曲线

首先，研究纳米炸弹的光学表征。PBPTV@mPEG(CO)具有550-850nm的宽吸收，在970nm处有最大发射波长，并且拖尾至近红外二区（图1A）。TEM和DLS的结果一致：纳米炸弹具有球形和核壳结构，TEM测量尺寸约为71 nm，DLS的测量尺寸为91nm(图1B)。如图1C所示，Fe、N、S、O分布均匀，进一步证实了纳米炸弹的形成。PBPTV@mPEG(CO)在808 nm激光照射下表现出良好的光热效果，在3 min内将2.5 mg/mL纳米炸弹的温度提高到76.5°C，光热转换效率(PCE)高达38.1%。（图1D）

图2：(A)通过还原性血红蛋白（Hb）的吸收光谱变化来检测CO的释放；(B)用共聚焦荧光显微镜检测CO在癌细胞和正常细胞中的表达

接着，在体外检测纳米炸弹的CO释放能力，如图2A所示，还原性Hb的最大吸收波长在430nm，HbCO的最大吸收波长在415nm，所以通过还原性 Hb 和 HbCO的最大吸收峰值来计算CO的含量。紧接着想要在细胞水平上探索CO的释放，用探针COP评估细胞内CO的释放，如图2B所示，只有在与纳米炸弹孵育的肿瘤细胞中，检测到较强的COP荧光信号。这些结果证明了纳米炸弹CO的释放能力。

图3：(A)在死(红色)和活(绿色)细胞的染色实验中癌细胞存活情况；(B)不同处理下HSP70蛋白的Western blots图像

接下来，探索是否CO可以改善低温PTT的治疗效果。如图3A所示，在激光照射下，纳米炸弹可以有效的抑制癌细胞；而且即使在没有激光照射下，纳米炸弹也对癌细胞有一定抑制作用，说明CO本身具有癌细胞杀伤作用。为了进一步证实CO对HSPs表达的抑制作用，如图3B所示，在纳米炸弹处理的细胞中HSP70过表达被明显调节。在癌变微环境中，过度分泌的H2O2在FeCO的催化下，通过芬顿样反应分解为•OH自由基，强氧化性•OH自由基进一步氧化并与Fe中心竞争配位，导致Fe中心释放CO，逐渐释放的CO可有效抑制HSPs的表达升高，破坏肿瘤热抗性，诱导肿瘤凋亡。

图4：(A)荷瘤小鼠光热成像和NIR-II荧光成像；(B)小鼠18天内肿瘤体积变化的曲线；(C)小鼠18天内体重变化；(D)治疗后的肿瘤图片；(E)不同处理下肿瘤组织的染色切片；(F)在不同条件下的荧光强度

最后，验证肿瘤炸弹在体内PTT的治疗效果。如图4B和4C所示，CO和低温PTT治疗组肿瘤体积持续减小，并且小鼠的体重没有明显异常。说明CO和低温PTT具有抑制肿瘤的作用，并且没有明显的副作用，图4D也证明了这一点。如图4E所示，H&E染色显示第八组的肿瘤细胞损伤最严重，验证了纳米炸弹在低温PTT中的治疗效果。接着进一步评估纳米炸弹释放的CO，在体内对HSPs过表达的抑制作用。如图 4F所示，在纳米炸弹的存在下，HSPs的表达水平被显著抑制，表明纳米炸弹释放的CO对HSPs过表达具有抑制作用。这些实验结果表明，肿瘤炸弹在体内具有良好的PTT治疗效果。

总结：作者研发了一种NIR-II的AIE纳米炸弹，可在肿瘤微环境（过量H2O2）的触发下释放大量CO，释放的CO不仅本身具有抑制肿瘤细胞的作用，而且还可以抑制HSPs的上调，增强低温PTT的治疗效果。

参考文献

https://doi.org/10.1002/anie.202207213

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