【研究背景】
利用肿瘤微环境特征进行可控响应的光学纳米探针在体内成像领域具有巨大前景。然而，现有的纳米探针仅对单一刺激响应，导致高背景、低分辨的成像结果。因此，如何提高特异性荧光成像、并通过功能内聚和能量耦合添加治疗模块，最终实现协同激活的诊疗一体化纳米诊疗器件成为亟待解决的问题。
本课题组通过将热响应探针装载入介孔纳米换能器中，设计了可以远程控制的纳米诊疗器件，实现了内源（肿瘤细胞高表达的miRNA）外源（近红外光）双因子协同激活的活体荧光成像及肿瘤热疗。以Exo/endogenous factors co-activatable nanodevice for spatiotemporally controlled mirna imaging and guided tumor ablation为题发表在《NanoResearch》杂志上，第一作者为博士研究生王振强。
该纳米诊疗器件中介孔聚多巴胺纳米颗粒作为多功能纳米换能器，其大孔径（18 nm）可实现探针的装载、高效的荧光猝灭能力可实现探针荧光的猝灭、优越的光热装换效率（42%）可实现近红外光-热的转换。三元DNA杂交探针包含一条锚定链、一条开关链、以及一条miRNA荧光适体链。锚定链的一端修饰巯基，可与聚多巴胺共价结合，从而将荧光探针锚定于纳米颗粒介孔中。开关链首先将miRNA识别位点掩盖，并在近红外光照和纳米颗粒的光热转换作用下解链，从而暴露识别位点。miRNA通过识别位点与荧光适体链杂交，从而实现荧光链从介孔的脱离。通过程序性施加短时间（3 min）和长时间（10 min）近红外光照，控制纳米颗粒两次不同程度的升温，分别激活荧光成像以及成像指导下的肿瘤热疗。本设计中多参数激活的纳米诊疗器件，极大地提高了癌症诊断准确度和治疗效果，在可激活诊疗器件的研究中处于领先水平。
【图文导读】
图1. TAHP-MPDA的制备(a)，以及程序性施加近红外光照激活成像和成像导向治疗(b)。
图2. 热响应DNA探针的构建与性能研究。(a)不同探针的熔解曲线，(b)THEP、TAHP、以及HP的激活机理，(c, d)琼脂糖凝胶电泳法和荧光法验证温度和miR-21对不同探针的激活，(e)高温孵育不同时间对探针激活的影响，(f)不同条件激活的TAHP荧光比较，(g)不同miRNA激活的TAHP荧光比较。
图3. NIR响应纳米探针TAHP-MPDA的构建与性能研究。(a)MPDA的TEM、SEM图像，(b)MPDA的氮气吸附-脱吸附曲线及孔径分析，(c) MPDA浓度依赖的光热升温曲线，(d)TAHP-MPDA中硫元素的XPS分析，(e) MPDA浓度依赖的TAHP荧光猝灭效率分析，(f)光照时间依赖的TAHP-MPDA荧光恢复，(g)不同纳米探针对光照和miR-21的荧光响应比较，(h)在不同浓度的miR-21存在下，检测体系的荧光发射光谱。
图4.NIR光照激活的miR-21活细胞成像。(a)活细胞内TAHP-MPDA荧光成像原理，(b)不同时间NIR光照造成的细胞死亡染色分析，(c)时间依赖的TAHP-MPDA溶酶体逃逸分析，(d, e)不同纳米探针对肿瘤细胞成像性能分析。
图5.MCF-7和NIH 3T3共培养细胞的荧光成像。(a)共培养细胞荧光成像原理图，(b, c)不同纳米探针对共培养细胞成像性能分析的共聚焦分析和流式分析
图6.纳米探针的体内性能研究。(a)尾静脉注射TAHP-MPDA不同时间后，NIR光照引起的肿瘤部位升温，(b, c)时间依赖的肿瘤部位升温曲线和热成像图片，(d, e)最佳成像时间的筛选， (f, g)最佳光照时间的筛选。
图7.NIR光照控制的纳米探针用于肿瘤荧光成像。(a)实验操作流程图，(b)不同纳米探针的活体荧光成像图，(c)肿瘤-肝脏信号比分析，(d)肿瘤-背景信号比分析，(e)解剖脏器荧光信号比较。
图8. 荧光成像指导肿瘤热疗。(a)实验操作流程图，(b, c)治疗过程中荷瘤裸鼠的体重变化和相对肿瘤体积曲线，(d)瘤体解剖图，(e)经H&E或TUNEL染色的MCF-7肿瘤切片的组织病理学图片，(f)纳米颗粒静脉注射12天后各组荷瘤裸鼠主要脏器的组织病理学图像，(g, h)各组荷瘤裸鼠的血液谷丙转氨酶和谷丙转氨酶水平。
【小结】
本研究通过组装热响应核酸探针和介孔聚多巴胺纳米颗粒，成功开发出“单锁双钥”控制型纳米诊疗器件，用于活体荧光成像及肿瘤热疗。结果表明，该内外源双因子共同激活的纳米探针既能保持较高灵敏度(肿瘤与背景信号比为8.95)，又展现出高特异性成像特点(肿瘤与肝肾信号比为9.10)。根据成像结果施加长时间NIR光照，达到肿瘤热疗的效果，抑瘤率达到85%。该诊疗体系通过功能耦合设计和结构可控构筑，实现了单个颗粒上探针集成、光信号响应、传感控制、治疗功能的集约整合和协同。
【原文链接】
https://doi.org/10.1007/s12274-021-3554-1