一种用于协同光动力治疗和光触发喜树碱释放的光敏剂-药物偶联物

《Materials Advances》：A photosensitizer-drug conjugate for synergistic photodynamic therapy and photo-triggered camptothecin release

　　

组合治疗已成为一种有前景的策略，通过利用互补的治疗模式，在降低剂量的同时提高疗效，并克服单一疗法的局限性，而外部刺激控制的治疗激活可以将治疗活性定位到肿瘤并减少全身毒性。在此，研究人员提出了一种基于红光响应性光敏剂-药物偶联物的化学光动力（chemo-photodynamic）组合纳米治疗策略。该前药（prodrug）通过单线态氧（1O₂）可切割的硫缩酮（thioketal）连接体将光敏剂5-单(4-羧基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉（TPP）与抗癌药物喜树碱（CPT）整合。该前药在体外表现出最小的暗毒性，并被轻易包封到聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇（PLGA-PEG）纳米颗粒中，得到的纳米颗粒具有均匀的形态、高稳定性和高效的细胞摄取。在红光照射下，TPP产生1O₂以诱导光动力（PDT）细胞毒性，同时切割硫缩酮连接体，触发CPT的受控释放。与单独的PDT或化疗相比，光产生的1O₂的内在PDT细胞毒性以及通过1O₂介导的硫缩酮裂解释放的CPT协同增强了光照射HeLa细胞的细胞毒性。总之，这项研究证明了一种化学光动力组合纳米治疗策略，能够实现红光引导的、时空控制的癌症治疗。

癌症是全球主要死亡原因之一，传统治疗常受限于疗效欠佳、健康组织脱靶毒性以及获得性耐药。光动力治疗（PDT）通过光敏剂在适当波长光照下产生活性氧（如单线态氧1O₂）诱导局部氧化损伤，与化疗机制正交，可互补协同。前药设计结合刺激响应连接体可实现时空控制药物激活，但利用内源性肿瘤刺激的系统常因正常组织中也存在类似信号而导致特异性不足。本研究旨在开发一种基于红光响应性光敏剂-药物偶联物的组合纳米治疗平台，将抗癌药物喜树碱（CPT）通过1O₂可切割的硫缩酮连接体与光敏剂5-单(4-羧基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉（TPP）偶联，并封装于PLGA-PEG纳米颗粒中，实现红光引导的PDT与化疗协同治疗，克服单一疗法局限并降低全身毒性。该研究论文发表在《Materials Advances》。

研究人员应用以下关键方法：首先通过有机合成构建了1O₂响应性前药分子（TPP-硫缩酮-CPT）；随后采用纳米沉淀法将前药与PLGA-PEG共组装成纳米颗粒（DP）；利用动态光散射（DLS）和扫描电镜（SEM）表征粒径、表面电荷及形态；采用紫外-可见和荧光光谱分析光学性质；使用单线态氧传感器绿（SOSG）探针检测1O₂生成效率；通过高效液相色谱（HPLC）监测CPT的受控释放；以HeLa细胞为模型，结合共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）评估细胞摄取和胞内ROS生成（H2DCFDA探针）；采用MTT法测定细胞毒性，并利用Chou-Talalay方法计算组合指数（CI）评估协同作用。

制备与表征：DLS测得DP的水动力学直径约为156.4 nm，表面电荷约?17.8 mV，多分散指数（PDI）为0.091，SEM显示均一球形形态，且在生理条件下具有良好胶体稳定性。光学性质与1O₂生成：紫外-可见吸收光谱呈现卟啉特征峰（550–650 nm），荧光发射峰位于680 nm。SOSG实验表明，红光照射后DP溶液中SOSG在530 nm的荧光强度在10 min内增强了4.3倍，证实了高效1O₂生成能力。CPT释放：HPLC分析显示，红光照射16 min后，DP的特征峰消失，同时出现与游离CPT对应的新峰，定量分析表明从5 μM DP中释放出约1.2 μM CPT，释放百分比约24%。细胞摄取与胞内ROS：CLSM显示DP随时间递增被HeLa细胞摄取，8 h后与溶酶体标记物LysoTracker共定位，提示经内吞途径进入并运输至溶酶体。H2DCFDA检测表明，红光照射后DP处理的细胞内DCF荧光强度较未照射组提高约25倍，证实选择性胞内ROS生成。细胞毒性及协同效应：MTT实验显示，无光照时DP和仅含TPP的纳米颗粒（NP）均无明显暗毒性（细胞存活率>80%）。红光照射后，DP组IC₅₀为0.95 ± 0.05 μM，显著低于NP组（6.0 ± 0.21 μM）。在3 μM浓度下，DP组细胞存活率降至23%，而NP组为50%。通过将DP在照射后（离体）加入细胞以分离化疗效应，发现离体照射组IC₅₀为3.2 ± 0.31 μM，进一步证明原位PDT与释放CPT的协同作用。Chou-Talalay分析表明，在广范围效应分数（Fa）下CI值均小于1，Fa=0.5时CI≈0.80，高效应水平CI<0.5，确认了剂量增强的协同效应。

研究结论部分：总之，研究人员开发了一种红光响应性前药纳米平台DP，通过1O₂可切割的自消去硫缩酮连接体，将PDT与CPT化疗合理整合于单一分子结构中。由于PDT细胞毒性和前药激活均依赖于PDT介导的ROS产生，该纳米医学系统的治疗活性可由深层穿透红光进行时空控制，从而按需限定细胞毒性效应。此外，PDT与化疗通过正交且互补的机制协同损伤肿瘤细胞——PDT驱动的氧化损伤与药物介导的DNA破坏结合，产生超越任一单一疗法的细胞毒性压力。与此双模态机制一致，组合指数分析显示PDT诱导的氧化应激与CPT介导的拓扑异构酶I抑制之间存在显著协同作用，尤其在中等效应水平（CI (Fa = 0.5) ≈ 0.80）。总体而言，本研究报道了一种合理设计的光敏剂-药物偶联物策略，利用化学光动力治疗的联合效应，并通过红光实现外部控制的治疗效果以减少全身暴露。