理性设计近红外二区（NIR-II）可激发且内质网靶向的分子光诊疗剂用于三阴性乳腺癌成像引导的增强光免疫治疗

《Journal of Nanobiotechnology》：Rationally designed NIR-II excitable and endoplasmic reticulum-targeted molecular phototheranostics for imaging-guided enhanced photoimmunotherapy of triple-negative breast cancer

为解决三阴性乳腺癌（TNBC）治疗难题，研究人员设计 NIR-II 光诊疗剂，有效抑制 TNBC 肿瘤生长和转移。

　　三阴性乳腺癌（Triple-negative breast cancer，TNBC）作为乳腺癌中极具侵袭性的亚型，严重威胁女性健康，其预后极差，复发率高。传统的治疗手段，如手术、化疗和放疗，虽取得了一定进展，但面临着耐药性和不良反应等问题。在这样的背景下，光免疫治疗为 TNBC 的治疗带来了新希望。它能选择性地破坏肿瘤细胞，释放肿瘤相关抗原，激活免疫系统，从而有效抑制肿瘤的增殖和转移。然而，现有的光诊疗方法存在诸多局限，例如在近红外一区（NIR-I）和紫外 - 可见（UV - Vis）区域组织穿透能力有限，且缺乏特异性的亚细胞靶点，难以有效治疗 TNBC 转移导致的边界模糊、位置较深的肿瘤病灶。因此，开发高效、深穿透且细胞器靶向的光诊疗剂对提高 TNBC 的治疗效果至关重要。

为了攻克这些难题，南华大学的研究人员开展了一项创新性研究。他们提出了一种新颖的近红外二区（NIR-II，1000 - 1700nm）光诊疗剂分子设计策略，通过引入垂直构型的二己烷基链，构建了 S - D - A - D - S 型 NIR-II 光诊疗剂（IR - FCD）。在此基础上，合成了具有内质网（Endoplasmic reticulum，ER）靶向能力的 NIR-II 可激发光诊疗剂（IR - FCD - Ts NPs），并将其应用于 TNBC 的成像引导光免疫治疗。相关研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是化学合成技术，通过 Stille 反应合成 IR - FCD 分子，并进一步引入 ER 靶向基团，获得 IR - FCD - Ts 分子，最终组装得到 IR - FCD - Ts NPs。利用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TDDFT）计算对分子的电子性质和几何结构进行分析。借助透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）等技术对纳米粒子的大小、形态和稳定性进行表征。使用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察细胞摄取和 ER 靶向成像情况，通过细胞计数试剂盒 - 8（CCK - 8）测定细胞毒性，采用流式细胞术评估细胞凋亡水平。在体内实验中，利用 NIR - II 荧光成像系统研究纳米粒子的生物分布，建立小鼠肿瘤模型评估抗肿瘤效果和免疫激活情况。

下面来具体看看研究结果：

• 分子设计和理论计算：研究人员以二烷基取代芴和环戊二噻吩分别作为屏蔽单元和供体单元，设计合成了 IR - FCD 分子。通过与 IR - FTT 对比，DFT 和 TDDFT 计算表明，IR - FCD 具有更低的 HOMO - LUMO 能带隙，分子平面性更好，分子动力学模拟显示其分子间相互作用较弱。这一系列特性使得 IR - FCD 具有良好的 NIR - II 光学性能，如长波长吸收和发射、高摩尔消光系数等。
• 合成和表征：成功合成了 IR - FCD - Ts NPs，并对其进行了全面表征。IR - FCD - Ts NPs 在水中具有良好的稳定性，且在谷胱甘肽（GSH）存在时能够响应性释放。该纳米粒子具有较高的摩尔消光系数，在 1064nm 激光照射下，展现出优异的光热性能和光动力治疗（PDT）潜力。
• 细胞摄取、ER 靶向成像、细胞毒性和凋亡评估：CLSM 观察发现，IR - FCD - Ts NPs 能够被 4T1 肿瘤细胞有效摄取，且具有良好的 ER 靶向能力。CCK - 8 实验表明，IR - FCD - Ts NPs 在无激光照射时细胞毒性低，有激光照射时能显著杀伤肿瘤细胞，Calcein AM/PI 染色和流式细胞术分析也证实了其强大的肿瘤消融能力。
• 体外 ER 应激驱动的 ICD 介导：研究发现，IR - FCD - Ts NPs 在激光照射下可诱导 4T1 细胞产生大量活性氧（ROS），引发 ER 应激，上调 CHOP 和 Cleaved Caspase - 3 等蛋白的表达，促进肿瘤细胞凋亡。同时，ICD 相关分子 CRT 和 HMGB1 的表达变化表明，IR - FCD - Ts NPs 能够增强 ICD，激活抗肿瘤免疫反应。
• 体内生物相容性评估、NIR - II 荧光成像和生物分布：对健康小鼠的研究显示，IR - FCD - Ts NPs 具有良好的生物安全性。NIR - II 荧光成像发现，IR - FCD - Ts NPs 在肿瘤部位逐渐积累，主要通过肝胆途径代谢。
• 抑制肿瘤生长和转移：在小鼠肿瘤模型中，IR - FCD - Ts NPs 介导的光疗显著抑制了原发性和远处肿瘤的生长，对肺转移也有明显的抑制作用。组织学分析表明，治疗后的肿瘤组织出现严重坏死、凋亡增加和增殖减少。
• 体内抗肿瘤免疫激活：免疫荧光染色和流式细胞术分析表明，IR - FCD - Ts NPs 介导的光免疫治疗能够激活体内抗肿瘤免疫反应，增加成熟树突状细胞（DCs）和细胞毒性 T 淋巴细胞（CTLs）的数量，减少调节性 T 细胞（Tregs）的比例，上调抗肿瘤细胞因子的水平。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功设计并合成了具有 ER 靶向能力的 NIR - II 光诊疗剂 IR - FCD - Ts NPs，其在 TNBC 的成像引导光免疫治疗中表现出优异的性能。通过诱导 ER 应激，增强 ICD，激活抗肿瘤免疫反应，有效抑制了 TNBC 的增殖和转移。然而，研究也存在一些局限性，如在 1064nm 激光照射下，IR - FCD - Ts NPs 的 ROS 生成能力受竞争光物理机制影响相对较弱，且仅在皮下肿瘤模型中进行研究。未来研究可进一步优化光物理过程，提高 ROS 生成效率，并采用原位 TNBC 肿瘤模型评估其临床转化潜力。总体而言，该研究为 TNBC 的治疗提供了一种有前景的策略，有望为临床治疗带来新的突破。