DNA-MOF杂化纳米系统通过凋亡mRNA放大成像预测光动力疗法疗效

光动力疗法(PDT)疗效评估面临实时监测难题。中国研究人员开发了集成卟啉MOFs(PCN-224)与DNA杂交链式反应(HCR)探针的PCN@HCR纳米系统，实现高效PDT与Bax mRNA敏感检测双重功能。研究表明Bax mRNA水平与细胞凋亡呈正相关，为PDT疗效预测提供新型生物标志物，推动癌症精准治疗发展。

　　

光动力疗法(PDT)作为临床认可的癌症治疗手段，其核心机制是通过光敏剂在光照下产生活性氧(ROS)杀伤肿瘤细胞。然而该疗法长期面临三大瓶颈：肿瘤微环境缺氧导致ROS生成不足、个体疗效差异显著、缺乏实时疗效评估手段。传统评估方法如检测磷脂酰丝氨酸外翻或线粒体膜电位变化，存在操作复杂、侵入性强等缺陷。更关键的是，现有技术难以同步实现治疗与监测功能，往往需要额外引入检测探针，延误治疗时机。

针对这一挑战，中国国家自然科学基金资助的研究团队创新性地将金属有机框架(MOF)与DNA纳米技术结合，构建了名为PCN@HCR的智能诊疗平台。该系统以卟啉基Zr₆
MOF(PCN-224)为载体，表面组装可特异性识别Bax mRNA的杂交链式反应(HCR)探针。当纳米系统被肿瘤细胞内化后，激光照射触发MOF产生ROS诱导细胞凋亡，同时激活p53通路促使Bax mRNA上调。释放的DNA探针通过级联反应实现mRNA信号放大，使荧光强度与凋亡程度直接关联。该成果发表于《Nano Today》，为癌症个性化治疗提供了新型评估工具。

关键技术包括：1) 卟啉MOF纳米光敏剂(PCN-224)的合成与表征；2) 设计FRET(荧光共振能量转移)标记的HCR探针(H1/H2)；3) 体外验证Bax mRNA触发的信号放大机制；4) 建立照射剂量-凋亡程度-mRNA表达的量化关系；5) 小鼠模型评估肿瘤抑制效果与荧光信号相关性。

【结果与讨论】
材料与方法部分显示，研究采用Zr₆
团簇与TCPP配体构建PCN-224，通过磷酸盐修饰实现DNA探针负载。溶液实验证实，仅当存在Bax mRNA时，H1探针的toehold区域被激活，引发H2探针构象变化，解除FRET效应使Cy5.5荧光恢复。

体外研究表明，PCN@HCR的PDT效果呈照射剂量依赖性，660nm激光下产生单线态氧(¹
O₂
)量子产率达0.52。共聚焦成像显示，处理组细胞Bax mRNA信号强度较对照组提升8.3倍，且与凋亡率(r=0.91)和caspase-3活性显著相关。

动物实验证实，经PCN@HCR治疗的荷瘤小鼠肿瘤体积缩小72%，同时瘤内Cy5.5荧光强度与肿瘤消退程度呈线性关系(R²
=0.87)。这种相关性证实Bax mRNA可作为PDT响应的早期预测指标，比传统体积测量提前3-5天发现治疗应答。

【结论】
该研究开创性地将MOF的光动力特性与DNA纳米机器的信号放大功能整合，解决了诊疗一体化难题。通过揭示Bax mRNA动态变化与PDT疗效的定量关系，为临床疗效评估提供了分子水平的新标准。特别值得注意的是，该系统无需外源酶参与，所有组件可生物降解，具有优异的转化医学潜力。未来通过优化探针序列，该平台可扩展至其他凋亡相关标志物检测，为精准医学提供通用型技术框架。