本文要點：化學動力療法（CDT）因其對腫瘤的高特異性和低副作用而受到越來越多的關注。然而，腫瘤細胞內反應性氧化物種（ROS）的濃度較低限制了CDT的有效性。在本研究中，我們使用雙氫青 蒿素（DHA）來增強CDT的效果，并結合光熱療法（PTT）以進一步提高抗癌效果。本研究為開發一種近紅外二區熒光成像引導增強的化學動力學/光熱聯合治療納米平臺提供了高效途徑。

DHA@FePSOD是通過將DHA加載到鐵螯合的近紅外二區熒光半導體寡聚物（SO）納米顆粒（FePSOD）中制備的，FePSOD是通過將鐵離子（Fe3+）與聚乙二醇（PEG）和多巴胺接枝的SO（PSOD）螯合而成。PSOD上的PEG鏈穩定了交聯的納米顆粒，并使其具有水溶性，而多巴胺部分螯合Fe3+以形成納米顆粒（如圖1(a)所示）。在循環過程中，DHA@FePSOD可以通過被動靶向在腫瘤部位積聚。腫瘤細胞內過表達的谷胱甘肽（GSH）進一步將Fe3+還原為Fe2+，催化H2O2的分解產生·OH進行CDT。另一方面，Fe2+可能將從納米顆粒釋放的DHA轉化為DHA自由基以增強CDT的效果。在808納米激光照射下，DHA@FePSOD不僅可以發射用于腫瘤成像的近紅外二區熒光信號，還可以產生用于PTT的熱量。DHA@FePSOD引發的CDT和PTT最終導致癌細胞凋亡（如圖1(b)所示）。因此，DHA@FePSOD是一種對腫瘤微環境響應的納米治療診斷學，提供了高效的近紅外二區熒光成像引導增強的化學動力學/光熱聯合治療。

圖1. (a) DHA@FePSOD制備過程(b) DHA@FePSOD介導的化學動力學/光熱聯合治療在癌細胞內過程

Fe3+螯合納米顆粒FePSOD是通過簡單地將FeCl3加入PSOD溶液制備而成的。由于Fe3+可以與鄰苯二酚配位，PSOD可能會交聯成納米顆粒。動態光散射（DLS）結果顯示，FePSOD的流體動力學尺寸分布主要在180-185納米范圍內（圖2(a)）。隨后，DHA通過納米沉淀法裝載到FePSOD中。裝載后，流體動力學尺寸分布主要在240-245納米范圍內（圖2(b)），平均尺寸計算為241.4納米，明顯高于FePSOD的尺寸（182.1納米），表明成功裝載了DHA。在透射電子顯微鏡（TEM）圖像中觀察到大部分DHA@FePSOD呈球形形態（圖2(c)）。與DLS結果相比，TEM圖像測得的尺寸較小，這可能歸因于干燥狀態下納米顆粒的收縮。隨著pH值的降低，DHA@FePSOD的尺寸逐漸減小，在pH 5.3時尺寸降至192.1納米（圖2(d)）。這種現象可能歸因于鄰苯二酚的質子化，導致Fe3+釋放和納米顆粒解離。DHA@FePSOD的Zeta電位隨著pH值的增加而增加（圖2(e)）。

圖2. 納米顆粒的表征

對于FePSOD和DHA@FePSOD，它們的吸收光譜幾乎與PSOD相同，而熒光強度比PSOD要弱（圖3(a)）。這種現象可能歸因于FePSOD和DHA@FePSOD中SO主干的聚集。然而，無論是FePSOD還是DHA@FePSOD的熒光發射波長都長于1000納米，表明它們具有近紅外二區熒光成像的能力（圖3(b)）。在808納米激光照射下，隨著樣品濃度的增加，FePSOD和DHA@FePSOD的max光熱溫度逐漸增加（圖3(c)）。在GSH處理下，利用1,10-鄰菲啰啉作為指示劑確定了Fe2+的生成。對于經過1,10-鄰菲啰啉孵育的FePSOD和DHA@FePSOD，500納米處的吸收隨著GSH濃度的增加急劇增加（圖3(d)）。對于FePSOD和DHA@FePSOD，TMB在650和900納米處的吸收逐漸增加（圖3(e)）。1,4-二羧基苯在420納米處熒光強度的增強進一步證明了這兩種納米顆粒在H2O2和GSH作用下產生羥基自由基的能力（圖3(f)）。

圖3. 納米顆粒的光學特性

將摻有FITC的DHA@FePSOD與4T1細胞共孵育12小時后，在細胞質中明顯觀察到綠色熒光，表明DHA@FePSOD可能被內吞入4T1細胞（圖4(a)）。隨后進行了流式細胞儀分析以量化攝取水平。隨著孵育時間的延長，細胞內攝取水平逐漸增加，顯示出DHA@FePSOD的攝取與時間相關（圖4(b)）。在相同濃度下，DHA@FePSOD的細胞存活率降至52.5%（圖4(c)）。這些結果表明DHA可以顯著提高FePSOD的化學動力治療效果。在808納米激光照射下，FePSOD和DHA@FePSOD均顯示出改善的抗癌效果，它們的IC50值分別為244.3毫克/毫升和62.1毫克/毫升（圖4(d)）。通過DHA@FePSOD的孵育，在4T1細胞內觀察到了強烈的綠色熒光，而未經處理的情況下幾乎沒有檢測到熒光（圖4(e)）。

圖4. 細胞研究

在靜脈注射DHA@FePSOD之前，幾乎沒有從小鼠中檢測到信號，表明近紅外二區熒光成像具有很低的背景信號（圖5(a)）。腫瘤內的熒光強度在 t = 36 小時時達到max值，此時的強度比注射前高出14.3倍（圖5(b)）。腫瘤顯示出強烈的近紅外二區熒光信號，其強度僅次于肝臟但遠高于脾臟和肺部（圖5(c)和(d)）。

圖5. 體內腫瘤成像

對于接受PBS注射的小鼠，在10分鐘的激光照射下，腫瘤溫度max只能達到約35℃。相比之下，接受FePSOD和DHA@FePSOD注射的小鼠，溫度都超過了50℃，顯示出它們在體內具有良好的光熱效應（如圖6(a)和(b)所示）。值得注意的是，在整個實驗過程中，DHA@FePSOD + 激光能夠抑制腫瘤的生長，表明了由DHA@FePSOD介導的化學動力學/光熱聯合治療具有*的抗癌效果（如圖6(c)所示）。對于所有的實驗組，小鼠的體重在治療過程中保持穩定，表明所有的治療對小鼠沒有明顯的副作用（如圖6(d)所示）。結果顯示，來自PBS組和PBS + 激光組的幾乎所有腫瘤細胞都保留了其增殖能力（如圖6(e)和(f)所示）。

圖6. 體內抗癌研究

總的來說，我們設計并制備了一種用于增強化學動力學/光熱聯合治療的半導體寡聚物納米顆粒（DHA@FePSOD）。DHA@FePSOD通過將DHA加載到鐵螯合的半導體寡聚物FePSOD中制備而成，后者是通過將Fe3+離子與多巴胺接枝的半導體寡聚物PSOD螯合而成。DHA@FePSOD顯示出強烈的近紅外吸收和超過1000納米的近紅外二區熒光發射。在808納米激光照射下，DHA@FePSOD的光熱溫度可以達到68.4℃。在谷胱甘肽（GSH）存在的情況下，DHA@FePSOD可以催化H2O2分解為羥基自由基，這樣的過程也可以在4T1細胞內觸發。在激光照射下，DHA@FePSOD可以有效殺死4T1細胞，IC50值為62.1 mg /mL。體內成像研究顯示，DHA@FePSOD具有良好的腫瘤靶向能力，并且可以通過其近紅外二區熒光信號照亮腫瘤。由于良好的腫瘤滯留能力，DHA@FePSOD在808納米激光照射下表現出優異的體內抗癌效果，腫瘤生長可以得到抑制。

因此，本研究為開發一種成像引導的基于化學動力學療法的聯合治療納米系統提供了一種途徑。為了提高化學動力學療法的效果，可以選擇銅而不是鐵與半導體低聚物形成類似的絡合物進行聯合治療。除了PSOD，還可以使用其他半導體寡聚物賦予形成的絡合物多功能性，如光動力療法和免疫療法等。