第一作者：Yunqi Guo
通讯作者：沈明武
通讯单位：东华大学
研究内容：
随着癌症死亡率的迅速上升，开发新型纳米药物以克服传统小分子化学药物的药代动力学限制从而用于临床精确治疗癌症至关重要。新一代癌症纳米药物的合理设计应以提高其生物利用度和治疗效果，减少其不良反应，极大地提高患者的生活质量为目标，因此设计与生物膜系统和纳米材料相结合的智能刺激响应纳米平台，实现肿瘤的高效成像和治疗仍是一个挑战。癌细胞膜(CCM)可以维持癌细胞的同源粘附特性，并且可以通过生物工程开发具有良好同源靶向能力的药物传递平台；CDs的优势处在于它们不仅可以直接用作荧光成像探针和光热疗法和光动力疗法的治疗剂，而且还可以用作化疗药物的载体。本文由东华大学报道了一种独特的方法，考虑到CCM和CDs的优点，基于氧化还原反应的CDs的设计，该设计由制备氧化还原响应性的黄色荧光碳点纳米团簇(y-CDCs)，通过负载抗癌药物阿霉素(DOX)，并包被癌症细胞膜(CCM)，用于肿瘤的精确荧光成像和同源靶向化疗。设计的y-CDCs /DOX@CCM可能代表基于CDs的纳米药物配方的最新设计，用于其他肿瘤类型或疾病的治疗。
要点一：
通过水热法合成了y-CD，并与含有氧化还原敏感二硫键的半胱氨酸(Cys)交联形成y-CD NCs (y-CDCs)。 在此之后，y-CDCs被物理加载DOX并表面涂覆CCM。 系统研究了y-CDCs /DOX@CCM配合物的刺激响应荧光性质和药物释放行为。并在体外对其同源靶向和免疫逃逸能力进行了研究。 通过三维多细胞肿瘤球体(MCTSs)评估其大小依赖的穿透能力，并最终探讨了体内荧光成像和化疗的潜力。
要点二：
所设计的纳米平台可以被赋予几个独特的功能: (1)所构建的功能型y-CDCs由于其聚类结构具有较高的载药能力，同时由于CCM赋予的防污性和更大尺寸诱导的扩增被动靶向肿瘤，使其具有延长血液循环和增强肿瘤积聚的能力；(2)氧化还原反应解离y-CDs形成单个y-CDs，可动态“开启”肿瘤的荧光成像，提高肿瘤的穿透能力，并在肿瘤部位快速释放DOX，用于增强肿瘤化疗；(3) CCM的涂层也使纳米平台具有同源靶向和免疫逃逸能力，用于增强肿瘤治疗。
图1：用于增强肿瘤治疗的氧化还原反应性y-CDCs /DOX@CCM形成示意图。
图2: (a) y-CDs，(b) y-CDCs，(c) y-CDCs /DOX@CCM的TEM图像。(d) y-CDs的荧光激发光谱(左)和y-CDs在不同激发波长下的发射光谱(右)。(e)傅里叶变换红外y-CDs和y-CDCs的FTIR光谱。(f) y-CDs、y-CDCs和y-CDCs /DOX的紫外-可见光谱。(g)十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析y-CDCs /DOX、CCM和y-CDCs /DOX@CCM。(h) y-CDCs /DOX或y-CDCs /DOX@CCM孵育2小时后BSA在278 nm处的吸光度下降。(i) y-CDCs /DOX@CCM分散在水、盐水或RPMI 1640培养基(含10%胎牛血清(FBS))中，不同储存时间的流体力学大小。对于(h)和(i)，每个样本n = 3。
图3：(a) y-CDCs /DOX@CCM在环境恶化中分离的示意图。(b) y-CDCs /DOX@的TEM图像有10毫米谷胱甘肽存在的CCM。(c) y-CDs、y-CDCs、y-CDCs /DOX、y-CDCs /DOX@CCM和y-CDCs /的荧光发射光谱DOX@CCM用10mm谷胱甘肽(GSH)处理(插图:不同NPs水溶液在紫外光照射下的荧光照片)。(d) y-CDCs /DOX和y-CDCs /DOX@CCM在pH 7.4/5.5、有无GSH (10 mM)条件下的累积DOX释放谱(n = 3)。
图4：(a)经氧化还原不敏感的y-CDs、y-CDCs或y-CDCs @处理后的B16 mcts的CLSM图像和(b)荧光强度谱当y-CDCs浓度为7 μg/mL时，CCM作用6 h(每组标尺为50 μm)。(c)静脉注射y-CDs、y-CDCs或y-CDCs@CCM后不同时间点B16异种移植裸鼠体内荧光图像。(d)注射y-CDs、y-CDCs或y-CDCs@CCM(1)心脏后90分钟小鼠主要器官和肿瘤的体外荧光图像;(2)肝;(3)脾;(4)肺;(5)肾脏;(6)肿瘤)。(e)注射y-CDs、y-CDCs或y-CDCs@CCM后90min小鼠肿瘤切片的免疫荧光图像(每片比例尺为40 μm)。蓝色、红色和黄色荧光信号分别来自DAPI染色的细胞核、抗CD34-PE染色的血管和y-CDs的荧光。
图5：(a)体内肿瘤化疗示意图。(b)各组小鼠治疗14天后的肿瘤重量和(c)对应的具有代表性的肿瘤照片。(d)不同组荷瘤小鼠的相对肿瘤体积和(e)荷瘤小鼠的相对体重与治疗后时间的关系。(b)、(d)、(e)，每组n = 8。(f)各组小鼠治疗14天后苏木精伊红(Hematoxylin and eosin, H&E)和TdT介导的dUTP末端标记(TUNEL)染色。每个面板中的比例尺代表100 μm。
参考文献
Y. Guo, Y. Fan, G. Li, Z. Wang, X. Shi, M. Shen, “Cluster Bomb” Based on Redox-Responsive Carbon Dot Nanoclusters Coated with Cell Membranes for Enhanced Tumor Theranostics, ACS Appl. Mater. Interfaces, 13 (2021) 55815-55826.
