[60]富勒烯–阴离子硼簇杂化纳米平台：面向硼中子俘获治疗（BNCT）的高密度硼递送系统

《Small Science》：[60]Fullerene–Cluster Hybrids as Boron-Dense Delivery Nanoplatforms

硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy, BNCT）依赖于硼-10（¹⁰B）在肿瘤细胞内的积累，以在中子辐照下诱导高度局域化的细胞毒性。开发兼具高硼含量、生物相容性和高效细胞摄取的硼递送系统仍是一项关键挑战。在此，研究人员报道了前所未有的富勒烯–硼簇杂化物的设计与合成，该类杂化物将[60]富勒烯的多价支架与阴离子硼簇整合。通过Cu(I)催化的叠氮–炔环加成（Cu(I)-catalyzed azide–alkyne cycloaddition, CuAAC）策略，制备了两种携带十二个外周cobaltabisdicarbollide（COSAN）或closo-dodecaborate硼簇的[60]富勒烯六加成物。所得纳米结构最多整合216个硼原子，同时保持富勒烯核心和阴离子硼簇的结构完整性。全面的光谱学和电化学表征证实了杂化物的成功形成。为实现生物学评价，研究人员将化合物配制成脂质体，其在小鼠胚胎成纤维细胞（mouse embryonic fibroblasts, MEFs）和Cal33人源头颈癌细胞中显示出优异的细胞相容性和高效的细胞内化。共聚焦显微镜显示其主要定位于内体–溶酶体，且在治疗相关硼浓度下无明显细胞毒性。这些结果确立了富勒烯–硼簇缀合物作为一类新型富硼纳米材料，并突出其作为未来BNCT研究硼递送剂的潜力。

论文以硼中子俘获治疗（BNCT）为应用背景。BNCT依赖¹⁰B在肿瘤组织中的积累，经低能中子辐照产生高细胞毒性α粒子和⁷Li核，选择性杀伤癌细胞。现有硼递送剂boronophenylalanine（BPA）和sodium borocaptate（BSH；sodium mercaptoundecahydrododecaborate）虽为临床转化里程碑，但存在每分子硼负载较低、肿瘤选择性有限、需在肿瘤组织有效积累等问题。纳米技术被视为第三代BNCT剂中最有前景的策略之一。与此同时，[60]富勒烯具有高度对称、可选择性功能化和多价配体呈递能力，其六加成物可形成八面体几何的球状纳米碳支架；COSAN（cobaltabisdicarbollide，[Co(C₂B₉H₁₁)₂]^?）和closo-dodecaborate（[B₁₂H₁₂]^2?）等阴离子硼簇具有高稳定性、可功能化和高硼密度。研究人员据此设计富勒烯–硼簇杂化物，以建立离散、硼含量精确的富硼纳米材料。据原文，这是首次报道富勒烯与阴离子硼簇杂化物，为癌症治疗多功能药效团提供新途径。

研究人员通过Cu(I)催化叠氮–炔环加成（CuAAC）制备两种[60]富勒烯六加成物，每个带12个COSAN或closo-dodecaborate，最多216个硼原子，并制成脂质体，在小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）和Cal33人源头颈癌细胞中评价。结论是杂化物结构完整、高硼负载、细胞相容、高效内吞、内体–溶酶体定位、无明显毒性。意义在于：该工作建立了一类新型富硼纳米材料，为未来BNCT递送研究提供实验基础。

关键技术方法（不超过250字）：以Bingel–Hirsch环丙烷化制备十二炔基[60]富勒烯六加成物；将COSAN和[B₁₂H₁₂]^2?氧鎓衍生物与NaN₃开环得到叠氮；用CuAAC连接硼簇；用核磁共振（NMR，含¹H、¹³C、¹¹B、¹¹B{¹H}）、IR-ATR、DOSY NMR、UV–Vis和循环伏安法（CV）表征；制成脂质体，用动态光散射（DLS）、zeta电位和UV–Vis测粒径、PDI、包封率（EE）和载药量（DL）；评价胶体稳定性和货物保留；在MEFs和Cal33人源头颈癌细胞中，用细胞活力实验和共聚焦显微镜结合LysoTracker Green评价细胞相容性、摄取和定位。样本来源为MEFs和Cal33人源头颈癌细胞，无临床队列。

2.1 合成方法与表征：制备C₆₀六加成物1、叠氮2和3；CuAAC得到C₆₀–COSAN收率53%、C₆₀–B₁₂收率60%。NMR和IR-ATR证实三唑连接、B–H特征和硼簇结构完整；DOSY表明单分散，流体力学半径R_H≈2 nm。

2.2 UV–Vis吸收与COSAN单元估算：UV–Vis显示C₆₀–COSAN含COSAN和富勒烯贡献，C₆₀–B₁₂与1相似，因closo-dodecaborate贡献小。高斯去卷积得COSAN单元比1:12.4，接近12。

2.3 电化学表征：CV显示C₆₀–COSAN保留Co³⁺/Co²⁺可逆氧化还原（约?1.75 V vs Ag/Ag⁺），并出现富勒烯核准可逆还原（?1.15和?1.29 V，较原始C₆₀负移）；C₆₀–B₁₂保留closo-dodecaborate氧化（约+0.7 V）。确认两组分电化学活性保留。

2.4 用于生物测定的脂质体制剂理化表征：将疏水杂化物包入POPC/Chol/DSPE-PEG₂₀₀₀/RhPE脂质体。空脂质体88.5 nm、PDI 0.22、zeta ?8.2 mV。C₆₀–B₁₂脂质体228.0 nm、PDI 0.55、zeta ?29.3 mV、EE 68.4%、DL 25.5%；C₆₀–COSAN脂质体186.9 nm、PDI 0.54、zeta ?11.0 mV、EE 68.7%、DL 8.0%。成功包封。

2.5 胶体稳定性与货物保留：37 °C在HEPES pH 7.4、MES pH 5.0或完全培养基中72 h。空脂质体稳定；载硼脂质体在中性和弱酸保持纳米尺寸，无广泛聚集；培养基因血清蛋白使DLS波动。72 h保留：C₆₀–COSAN在pH 7.4和pH 5分别为87%、88%；C₆₀–B₁₂分别为82%、92%。

2.6 生物测定：MEFs中26 μg B/mL以下无细胞毒性；10 μg B/mL孵育48 h显示点状胞内荧光，与LysoTracker Green共定位，主经内体–溶酶体。Cal33中48 h无显著毒性，26 μg B/mL仅轻微降低活力；2 h快速内化，经内吞并与溶酶体共定位。表明高效摄取且不损害活力。

讨论与结论：研究人员开发了将阴离子硼簇共价整合到多价[60]富勒烯支架的新型富硼纳米材料。CuAAC合成带十二个COSAN或closo-dodecaborate的六加成物，形成高硼负载多阴离子杂化物；光谱和电化学证实结构完整。脂质体提供水分散性和生物相容性；MEFs和Cal33中无明显毒性、高效摄取、内体–溶酶体定位，提示所测条件下实现高细胞内硼浓度且不损害活力。该工作确立富勒烯–硼簇杂化物为高硼含量纳米材料的模块化平台；作为首例，为先进硼递送剂提供新机会。中子辐照超出范围，但研究证明前瞻BNCT递送系统的关键前提：高硼负载、稳健脂质体、生理条件胶体稳定、可忽略毒性及临床相关头颈癌细胞摄取，为未来中子辐照研究提供实验基础。