给大家分享的是一篇发表在Advanced Science上的文章，标题为AIE Multinuclear Ir(III) Complexes for Biocompatible Organic Nanoparticles with Highly Enhanced Photodynamic Performance，通讯作者是来自东北师范大学的朱东霞教授，朱东霞教授在材料化学研究领域建树颇丰，多年来一直致力于高性能的过渡金属配合物材料的设计与合成,获得系列高选择性，高灵敏度的荧光及磷光探针，并将其应用于光动力治疗癌症，生物成像以及生物细胞中的离子检测等。
基于光动力治疗（Photodynamic therapy，PDT）的无创性、高选择性、可控性及不明显的副作用，近年来对PDT的研究相当热门。目前，绝大多数的光敏剂（photosensitizers PSs）都是基于有机染料，但有低摩尔消光系数、低水溶解性、低稳定性、不理想的聚集的缺点。作者团队开发了一系列含有1-3个金属铱中心的红光聚集诱导发射（red-emitting aggregation-induced emission AIE）的金属铱配合物，红光激发能够减少背景及自荧光的干扰且增加组织的穿透。多中心的铱配合物有更高单线态氧产率、更好的生物相容性、更长的荧光寿命、更好的细胞吸收的优点。
作者团队使用三苯胺（triphenylamine ，TPA）作为桥梁获得Schiff配体，该Schiff配体可以电耦合一到三个金属中心。由此获得了一系列红光发射的单核，双核和三核AIE Ir(Ⅲ)配合物（下图A），分别命名为PS1，PS2和PS3。以Ir(Ⅲ)配合物PS为核,通过聚合物包封方法用生物相容性好的磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000-马来酰亚胺（1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[maleimide(poly(ethyleneglycol))-2000] DSPE-PEG-MAL）作为原料获得PS1 NPs，PS2NPs和PS3 NPs纳米颗粒，同时用HIV-1反式激活因子（RKKRRQRRRC）对表面进行修饰（下图B）。该反式激活因子是一种穿透细胞的肽，可以有效地将纳米颗粒转运到细胞中。
作者团队对PS1，PS2，PS3及其对应的纳米颗粒的紫外—可见吸收光谱和光致发光（photoluminescence，PL）光谱进行了探究。在250-350 nm附近的强吸收带归因于配体的自旋允许（π-π*）跃迁。从370到520 nm的弱吸收带表现出金属到配体的电荷转移（3MLCT）和配体到配体的电荷转移（1LLCT）特征（下图A-C）。在纯四氢呋喃（THF）溶液中，PS1，PS2和PS3的PL能力几乎为零，当水-THF溶液的水含量分别达到60％，80％和60％时，PS1，PS2和PS3的PL强度显着增强，表现出明显的AIE效应。PS1，PS2,PS3的PL强度最大值分别位于652、671和690nm，即随着金属中心数量的增加红移。较大的斯托克位移和红光发射能够通过减少来自背景的干扰来改善信号背景比。此外 PS1 NPs，PS2 NPs和PS3 NPs的光致发光量子产率（photoluminescence quantum yields ， PLQYs）（33％，15％和35％，水中）分别高于THF-水混合物中相应的PS（分别为11％，5％和8％）。此外，PS NPs激发态寿命也有所延长。
为探究纳米颗粒的1O2产生能力，通过测量光照射下吲哚菁绿（ICG）的吸光度，在光照射含PS1，PS2和PS3的ICG（6.5 nmol）溶液以及相应的NPs（10 nmol）时观察到790nm处吸光度连续下降（下图D），而对照组吸光度变化可忽略不计，表明PS及PS NPs在照射时产生1O2且稳定性良好。PS及纳米颗粒于1O2的生成符合一级动力学规律（下图E），斜率的增加与PS中金属中心的数量一致，并且纳米颗粒对应斜率比Ir(Ⅲ)配合物的斜率高得多，PS3 NPs产生1O2能力最强（斜率最大为0.00502），对于PDT增强作用最大。
通过透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（dynamic light scattering ，DLS）比较PS NPs的形态、大小和稳定性，电镜下平均直径分别为44、47和45nm；水体系中形成水合层平均直径为73、83和79nm尺寸小于100 nm的纳米颗粒更容易被细胞内吞。此外，DLS在水中收集了14 d的PS1 NPs，PS2 NPs和PS3 NPs的大小和大小分布几乎没有变化。这样的高稳定性有利于血液中颗粒的循环。因此，PS1 NPs，PS2 NPs和PS3 NPs具有球形形态，适当的大小和高稳定性。这些性质将有助于它们随后在活细胞和动物中的应用。
为定量测定PDT作用，采用MTT法测定PS1、PS2、PS3及相应NPs对HeLa细胞的细胞毒性。将PS1 NPs、PS2 NPs、PS3 NPs ( 0-20 μg mL -1) 与HeLa细胞孵育24小时后，细胞存活率仍高于95%(下图A)，表明细胞相容性良好，暗毒性可忽略。经20 mW cm -2光照射30 min，细胞存活率明显降低(下图B)，表明光毒性很强。作者接着测定Ir(Ⅲ)复合物PS1、PS2和PS3的PDT效应。如下图C、D所示，它们表现出一定的暗毒性，但光毒性较弱。这些结果表明，聚合物包封是解决生物相容性问题的有效方法，PDT效应可以通过增加PSs中的金属中心数量来提高。
作者进一步研究PS3 NPs的细胞内行为。利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)研究了PS3和PS3 NPs在HeLa中的细胞摄取情况（用 DAPI染色）。如下图E所示，经PS3NPs处理的细胞发出红色荧光，荧光强度明显强于仅用PS3处理的细胞，细胞摄取能力的增强对改善PDT效应非常有效。用 DCFH-DA作为指示剂，研究了细胞内1O2的生成(下图F)。在光照射前，所有细胞几乎观察不到绿色荧光，说明没有产生1O2。相反，在光照下，PS3和PS3 NPs均可观察到绿色荧光，其中PS3 NPs的绿色发射明显强于PS3，说明NPs的1O2生成能力高于纯Ir(Ⅲ)配合物。此外，通过活/死细胞染色实验，也验证了PS3和PS3 NPs的PDT效应。照射后，几乎所有细胞都被PS3 NPs杀死，PS3 NPs诱导细胞死亡的效率高于PS3，结果与MTT法测定结果一致。
作者选择细胞实验结果较好的PS3 NPs进一步在动物体内研究了PS3 NPs抑制肿瘤的能力。在小鼠右大腿皮下注射H22细胞建立小鼠模型。研究PS3 NPs在活体内最佳光照射时间，将IR780装载在PS3 NPs中。结果表明，肿瘤内NPs的荧光强度在12h内逐渐升高，然后降低，说明注射后12h是光照的最佳时间。小鼠模型被随机分为4组：静脉注射生理盐水(组1), 静脉注射生理盐水和光照(450nm，200 mW cm-2,20 min)(组2), 注射PS3 NPs(100 µg mL−1, 100 µL)(组3),和注射PS3 NPs和光照(4组)。每2周对小鼠的肿瘤体积和体重进行测量。如下图A-C所示，在1、2、3组中，14 d后肿瘤体积增加了8-9倍，说明仅光照或仅使用PS3 NPs对肿瘤生长无影响。与此相反，实验组（4组）小鼠肿瘤体积减小，说明PS3 NPs在光照下具有良好的抗肿瘤能力，与对照组有显著差异。此外，通过小鼠的体重变化和组织学切片来评估各种治疗方法的全身毒性。与第1组相比，第2、3、4组的体重下降可以忽略不计(下图D)。在上述实验第14天杀死小鼠，收集主要器官和肿瘤，用苏木精和伊红(H&E)染色，PS3 NPs在照射下导致肿瘤细胞坏死，肿瘤细胞严重损伤，四组小鼠肝、心、脾、肾、肺无明显病理改变，说明PS3 NPs在体内毒性不明显。这些结果表明PS3 NPs适合于体内PDT应用。
综上所述，作者首次证实了PDT的效率可以通过增加光敏剂内金属中心的数量来提高。作者设计并合成了三种金属中心数不同的AIE Ir(Ⅲ)配合物及其相应的纳米颗粒。摩尔吸光系数随金属中心数的增加而增加，导致光敏剂产生1O2的能力显著提高。纳米颗粒的制备也进一步提高了吸光度和1O2的产生。特别是PS3 NPs具有卓越的PDT性质: λmaxem at ≈690 nm，高磷光量子产率(35%)，长激发态寿命 (4.61 µs)，高摩尔吸光系数(ɛ= 72 935 m-1 cm-1)，良好的1O2生成能力以及微弱的暗毒性。此外，静脉注射PS3 NPs后经光辐照能有效抑制小鼠肿瘤的生长。本研究为临床治疗中的PDT高效光敏剂的设计提供了新的思路。作者团队未来的工作将包括开发具有长激发波长的多核Ir(III)配合物，用于体内成像和PDT。但金属配合物的代谢排出本身存在困难，多核金属配合物是否会更难排出体内，产生体内聚积，开发相对容易代谢的配合物也是未来发展的思路。
作者：LTX LJY WGQ
原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201802050
