Adv. Mater.：手性等离子体壳-卫星纳米组装的单线态氧产生剂

【引言】

光动力学试剂在光的作用下可产生单线态氧，因其在生物和医学方面的广泛应用引起了极大的关注。光动力学治疗是非侵入性、定点选择方式，副作用小，已成为一个高效消除癌细胞的纳米医学。卟啉及其衍生物这些传统的光敏剂具有很高的单线态氧生成效率，已广泛用于科学及医学研究。但是，它们低的水溶性和生物相容性、高毒性阻碍了进一步的应用。到目前为止，手性纳米结构作为无标记的等离子体增强的细胞内光动力学治疗剂还没有报道。

【成果简介】

最近，江南大学匡华教授（通讯作者）等人首次构建DNA驱使的壳-卫星金纳米组装体作为手性光敏剂。在这个手性等离子体纳米结构表面，耦合半胱氨酸的对映体，在可见区展现出强烈的手性等离子体活性。这些手性壳-卫星纳米组装体在圆偏振光的照射下，具有很高的活性氧生成效率，可使单线态氧的量子产率达到1.09。同时，还发现壳-卫星金纳米结构可作为光动力治疗剂在体外和活体的右圆偏振光照射下具有显著的效率，可以同时进行X射线计算机断层扫描（CT）和肿瘤造影成像(PA)。成果表明对映体依赖和结构诱导的纳米组装体在光动力学效应方面具有重要的作用。该成果以“A Singlet Oxygen Generating Agent by Chirality-dependent Plasmonic Shell-Satellite Nanoassembly”于2月23日发表在Advanced Materials顶级期刊上。

【图文解读】

示意图 自组装的壳-卫星纳米结构的示意图

DNA驱使的手性壳-卫星自主装纳米结构作为手性光敏剂，在其表面耦合半胱氨酸的对映体，在可见区可展现出强烈的手性等离子体活性。在圆偏振光的照射下，产生单线态氧，进行诊断和治疗。

图1 核-卫星（CS）纳米结构的表征

(a)CS5的透射电镜图。                                       (b)CS15的透射电镜图。

(c)CS5的高分辨透射电镜图。                           (d)CS15的高分辨透射电镜图。

(e)CS5的EDX元素映射图。                               (f)CS15的EDX元素映射图。

(g)CS5的三维断层扫描重构图。                       (h)CS15的三维断层扫描重构图。

图2 壳-卫星（SS）纳米结构的表征图

(a)SS5的透射电镜图。

(b)SS15的透射电镜图。

(c)SS5的高分辨透射电镜图。

(d)SS15的高分辨透射电镜图。

(e)SS5的EDX元素映射图。

(f)SS15的EDX元素映射图。

(g)SS5的三维断层扫描重构图。

(h)SS15的三维断层扫描重构图。

图3 圆二色光谱图

（a）修饰不同浓度的D-/L-/DL-Cys SS5纳米组装体的圆二色光谱图。

（b）修饰20μM的D-/L-/DL-Cys CS5纳米组装体的圆二色光谱图。

（c）修饰20μM的D-/L-/DL-Cys CS15纳米组装体的圆二色光谱图。

（d）修饰20μM的D-/L-/DL-Cys SS15纳米组装体的圆二色光谱图。

图4 单线态氧检测实验

(a)532nm右圆偏振光（RCP）照射下，各种典型样品在526nm处绿色荧光强度的单线态氧传感图。

(b)532nm线性偏振光（LP）照射下，各种典型样品在526nm处绿色荧光强度的单线态氧传感图。

(c)532nm左圆偏振光（LCP）照射下，各种典型样品在526nm处绿色荧光强度的单线态氧传感图。

图5 体外细胞实验

(a) 在532 nm RCP、LP、LCP 灯照射后孵育SS15-D-Cys (20 nM)，SS5-D-Cys (20 nM)，SS5-L-Cys (20 nM)，CS15-D-Cys (20 nM)， PpIX (20 μm) 的HeLa细胞存活图。

(b)孵育SS5 24h后的HeLa细胞生物透射电镜成像图。

(c)孵育SS15 24h后的HeLa细胞生物透射电镜成像图。

(d)RCP、LP、 LCP 照射后活/死检测HeLa细胞的共聚焦荧光显微镜图（活细胞，绿色；死细胞，红色）。

图6 活体实验

(a)注射SS15-D-Cys 后不同时间点的HeLa细胞移植瘤老鼠的CT成像图。

(b)注射SS15-D-Cys 后不同时间点的HeLa细胞移植瘤老鼠的PA成像图。

(c)6 mW cm−2 532nM激光器照射20min后不同条件下的代表性老鼠图片。

(d)不同条件处理后的相对肿瘤生长曲线图。

(e)不同条件处理后的肿瘤解剖照片图。

(f)不同条件处理后苏木精和伊红染色肿瘤区域图。

【小结】
作者通过基于DNA自组装壳-卫星纳米结构发展了水溶和无标记手性光动力学治疗剂，且圆二色谱信号可以由修饰的手性分子来调控。此研究为手性纳米结构成为癌症诊断和治疗多功能平台开辟了一条新的道路。

文献链接：A Singlet Oxygen Generating Agent by Chirality-dependent Plasmonic Shell-Satellite Nanoassembly (Adv. Mater. 2017, DOI: 10.1002/adma.201606864 )

本文由材料人生物材料组邓宏华供稿，材料牛编辑整理。

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