手性铈掺杂介孔二氧化硅纳米反应器介导荧光成像导航手术联合光热增强ROS风暴强化膀胱癌消融

《Materials Today Bio》：Chiral Cerium Doped Nanoreactor-Mediated Bladder Carcinoma Reinforced Ablation via Fluorescence Imaging Navigated Surgery Along with Photothermal Strengthened ROS Storm

　　

膀胱癌（bladder cancer, BC）被认为是泌尿生殖道最常见的恶性新生物之一。然而，膀胱癌的治疗仍呈现不尽如人意的治疗效果，尤其对于晚期患者。手性纳米材料因其在生物体系中无可比拟的手性选择性，在提升临床疗效方面具有重要前景。研究人员构建了负载光热与荧光对比剂吲哚菁绿（indocyanine green, ICG）的手性氧化铈（cerium oxide, CeO2）掺杂介孔二氧化硅纳米体系（cSiCe&ICG）。得益于独特手性纳米结构，该纳米反应器在膀胱肿瘤组织有效富集，并可在肿瘤弱酸性与高H2O2微环境下被激活以介导强活性氧（reactive oxygen species, ROS）生成。借助精准肿瘤靶向与荧光增强，肿瘤背景比（tumor-to-background ratio, TBR）提高，从而区分肿瘤与正常组织。在第二近红外区（NIR II, 1000–1700 nm）荧光成像导航下可彻底切除肿瘤。特别地，808 nm光照下，手性铈基纳米反应器通过光热进一步经铈离子介导ROS生成，呈现高催化效率以根除膀胱肿瘤细胞。上述发现凸显了手性纳米反应器在荧光生物成像引导肿瘤手术及NIR光激活协同抗肿瘤中的前景。

研究背景方面，膀胱癌（BC）是常见泌尿生殖系统肿瘤，非肌层浸润性膀胱癌标准治疗为经尿道肿瘤切除联合术后灌注，但术中清晰显像与彻底切除仍具挑战。已获临床批准的吲哚菁绿（ICG）可在第一近红外（NIR I）与第二近红外（NIR II）发射荧光，但存在血循环清除快、肿瘤富集差、与血清白蛋白强结合等缺陷。化学动力学治疗（CDT）利用铁基纳米剂通过芬顿反应催化H₂O₂产羟基自由基，而铈基材料可因Ce³⁺/Ce⁴⁺价态转换分解H₂O₂并耗竭谷胱甘肽（GSH），但手性催化诱导肿瘤细胞ROS生成研究尚少。因此，研究人员构建手性CeO₂掺杂介孔二氧化硅并负载ICG（cSiCe&ICG），用于NIR II荧光导航手术与光热增强ROS协同治疗。该论文发表于《Materials Today Bio》。

主要关键技术方法方面，研究人员采用油水两相分层体系中层状胶束螺旋自组装制备手性硅铈载体，并以吸附法负载ICG；细胞实验使用MB49膀胱癌细胞及人脐静脉内皮细胞（HUVECs）；体内研究使用GemPharmatech提供的六周龄雌性BALB/c小鼠，经右后肢肌肉注射MB49建立皮下膀胱癌模型，并经尾静脉给药；表征与机制研究涵盖透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、电子自旋共振（ESR）、NIR II成像、光热成像、ROS与线粒体膜电位检测及血液/器官生物分布与毒性评价。

3.1 制备手性铈掺杂介孔二氧化硅：研究人员通过油水界面层状胶束螺旋自组装获得多壳层手性介孔硅铈（cSiCe），24小时产物约170 nm，存在顺时针（CW）与逆时针（CCW）手性；ICG装载量20.61%，血清72小时荧光保持超90%，pH 6.5下降解显著快于pH 7.4，Ce/Si质量比2:7，XPS显示Ce³⁺/Ce⁴⁺约4:3，证明成功制备肿瘤微环境响应型手性纳米载体。

3.2 光稳定性、ROS生成与光热效应评估：研究人员通过NIR II成像、TMB氧化、ESR与升温实验发现，cSiCe&ICG荧光随时间增强且优于非手性对称介孔体系（mSiCe&ICG）；808 nm照射下ROS与羟基自由基（•OH）生成最强，GSH耗竭超85%，200 μg/mL体系5分钟升温至60.3℃，光热转换效率约58.8%，证明手性结构提升ICG稳定、催化与光热性能。

3.3 细胞摄取与体外增强抗癌效应：研究人员通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、流式、DCFH-DA、HPF、JC-1与存活/凋亡实验发现，cSiCe&ICG经小窝与网格蛋白介导内吞，MB49摄取高于mSiCe&ICG；激光下ROS风暴致线粒体膜电位下降、凋亡约62.5%，正常细胞高剂量下仍高存活，说明手性纳米体系具肿瘤选择性杀伤。

3.4 靶向膀胱癌定位与体内光热效应：研究人员通过体内NIR II成像与红外热像发现，cSiCe&ICG在肿瘤部位富集高于mSiCe&ICG与游离ICG，12小时TBR约为ICG组10.8倍；808 nm照5分钟瘤温达60.2℃，证明手性结构提升EPR与细胞摄取进而优化显像与光热。

3.5 血液循环与荧光导航肿瘤手术：研究人员通过SDS-PAGE、血药半衰期、离体器官成像与手术切除后H&E、生物发光评估发现，cSiCe&ICG蛋白冠更丰富、血液半衰期11.7小时，12小时肿瘤信号最高且RES器官摄取低；NIR II导航可切除残瘤，30天无复发，60天生存80%，优于白光手术。

3.6 体内膀胱癌协同抑制：研究人员将荷瘤鼠分PBS+L、cSiCe+L、mSiCe&ICG+L、cSiCe&ICG+L组，12小时后808 nm照射；cSiCe&ICG+L肿瘤抑制最强，H&E/TUNEL/Ki67显示广泛凋亡坏死，体重、血常规、生化、细胞因子与28天RES残留清除均支持良好生物安全性。

讨论部分总结：研究人员指出，手性介孔结构通过增强蛋白冠形成、延长循环、促进肿瘤细胞内吞及酸响应降解，使ICG聚集态由J聚集体转向单体吸收并借光热进一步分散，从而放大NIR II信号与催化效率；相比非手性对称纳米体系，手性铈纳米反应器在靶向、显像、光热与CDT协同上均占优，且体内外安全性数据为临床转化提供依据。

结论部分翻译：本工作中，研究人员利用成熟的层状胶束螺旋自组装技术，合成了具有精确介孔结构与明确手性框架的均匀手性cSiCe&ICG纳米颗粒。研究结果表明，cSiCe&ICG纳米颗粒具有优异的抗荧光衰减能力，长时间光照后荧光强度反而显著升高。该纳米平台的关键特征包括：经EPR效应与手性纳米结构促进的肿瘤富集、促进内吞并改善纳米反应器肿瘤靶向效力。重要的是，这种肿瘤酸响应纳米剂可精准引导膀胱癌肿瘤术中切除。此外，该纳米反应器提供可编程治疗响应，将光热治疗（PTT）局部热疗与铈离子催化诱导的ROS氧化应激协同结合，从而多机制靶向肿瘤。SiCe&ICG纳米反应器的简便合成不仅助力手术肿瘤切除导航，也对实体瘤表现出强协同抑制作用。该创新纳米疗法在膀胱癌临床管理与快速临床转化方面具有重要意义。