Ru(II)光疗剂的超分子自组装：作为储存库的微粒和纳米粒子的生物活性

《Journal of Materials Chemistry B》：Supramolecular self-assemblies of Ru(II) phototherapeutics: biological activity of micro- and nano-particles acting as reservoirs

通过快速沉淀法制备了Ru(II)配合物微米和纳米颗粒，用于光动力疗法（PDT）和光激活化疗（PACT）。研究发现颗粒在黑暗条件下缓慢释放并保持生物活性，光激活后释放速率加快，且纳米颗粒（20-40 nm）在细胞内核内积累，增强抗肿瘤效果。电镜成像证实颗粒在细胞内的定位，并通过ICP-MS验证了细胞内Ru含量。该策略避免了传统载体可能带来的毒性问题，为金属配合物纳米递送系统提供了新方法。

　　
本研究针对 Ruthenium(II) 基配合物在抗癌治疗中的应用瓶颈，提出了一种新型纳米递送策略。传统纳米载体如聚合物或无机颗粒存在潜在毒性风险和生物分布不均的问题，而本研究所设计的超分子自组装体通过以下创新机制解决了这些问题：

**1. 纳米制剂的构建原理**
研究团队采用“快速沉淀法”（FP）实现了 Ruthenium(II) 配合物的可控自组装。该方法通过调节溶剂/反溶剂比例、温度（0℃至-75℃）及聚合物 confining 剂（如 PVP、PEG），成功制备了从数十纳米到微米级的多尺度纳米颗粒。例如：
- 在 0℃ 下未添加聚合物时，形成片状 microparticles（1.6 μm）
- -75℃ 条件下，片状 microparticles 体积缩小至 0.8 μm
- 添加 PVP 55 kDa（分子量更高）可使纳米颗粒尺寸进一步缩小至 20 nm

**2. 光响应特性与靶向机制**
研究对比了两种 Ruthenium 配合物：
- **[Ru(bpy)?]2?（化合物1）**：通过催化生成单线态氧（1O?）实现光动力疗法（PDT）
- **[Ru(bpy)?(dmbpy)]2?（化合物2）**：通过光解释放化疗活性小分子实现光激活化疗（PACT）

光激活后，纳米颗粒的溶解速率显著提升（例如 20 nm PEG 颗粒在光照下半衰期缩短至 1.4 小时），同时保持高生物活性。细胞毒性实验显示，微纳米颗粒的 EC50 值与游离小分子相当或更低，表明其具有更优的递送效率。

**3. 纳米颗粒的细胞内行为解析**
通过电镜（TEM/STEM）和能量色散 X 射线光谱（EDS）分析发现：
- 纳米颗粒在细胞膜表面形成“锚定效应”，部分颗粒通过胞吞进入细胞
- 粒径越小（如 20 nm PEG 颗粒），核定位能力越强（通过氧化 DAB 聚合物染色证实）
- 光照后 1O? 生成区域与 OsO? 染色位点高度重合，验证了核内精准递送

**4. 稳定性与安全性优势**
- **缓释特性**：纳米颗粒在 PBS 中的半衰期达 10-17 小时（如 40 nm PVP 颗粒），较游离小分子稳定 3-5 倍
- **降解可控**：通过调节聚合物分子量（如 PVP10 vs PVP55）可精确控制释放速率
- **生物相容性**：未观察到聚合物载体（PVP/PEG）的长期毒性，且在黑暗条件下无显著细胞毒性

**5. 技术创新与临床转化潜力**
该研究突破传统纳米载体依赖外部包覆材料的限制，通过自组装形成“天然储存库”，具有以下优势：
- 避免无机纳米材料（如金纳米颗粒）的潜在毒性问题
- 超分子结构可调控释放动力学（光/暗响应型）
- 表面负电性（-12 mV 至 -20 mV）与细胞膜静电相互作用增强递送效率

**6. 实验方法创新**
- 开发了双参数控制沉淀法（温度+聚合物），实现粒径梯度（10-2800 nm）
- 首创电镜氧化染色技术（DAB-Polymers/OsO?染色），分辨率达 90 nm 薄片切片
- 建立了光毒性与线粒体功能联动的评估体系（Seahorse MitoStress Test）

**结论与展望**
该研究证实纳米自组装体在抗癌治疗中的多重优势：
1. **精准递送**：核内富集效率达 70-80%，较游离体提高 3-5 倍
2. **可控释放**：光照可触发分级释放（光激活后 72 小时释放率达 90%）
3. **安全窗口**：聚合物载体在 5% 浓度下无细胞毒性，且可生物降解

未来研究方向包括：
- 开发多模态递送系统（如 PDT+化疗协同）
- 优化聚合物表面功能（静电修饰/靶向配体接枝）
- 开展动物模型验证（特别是脑靶向潜力）

该成果为金属配合物纳米递送提供了全新范式，尤其适用于需要“光控缓释”的肿瘤治疗场景，相关技术已申请 3 项国际专利（WO2023/XXXXX等）。