一种用于原位纳米封装的通用二氧化硅纳米球平台：迈向影像引导下的协同肿瘤治疗与免疫调节

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：A Universal Silica Nanosphere Platform for In Situ Nano-Encapsulation: Toward Imaging-Guided Synergistic Tumor Therapy and Immune Modulation

　　

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  本研究开发了一种原位封装策略，将量子点与木脂素共同封装在介孔二氧化硅中，用于癌症治疗。
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  该纳米系统能够根据肿瘤微环境释放治疗药物，降低细胞内GSH水平，进而引发强烈的ROS介导的免疫源性细胞死亡。
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  CA@SiO₂在体内具有优异的肿瘤靶向性，能有效抑制肿瘤生长，还能延长携带CT26肿瘤的小鼠的生存时间。
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  该纳米平台通过促进树突状细胞成熟、增强T细胞浸润以及减少调节性免疫细胞的数量，从而改变具有免疫抑制作用的肿瘤微环境。
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  这项工作提出了一种安全且具有协同效应的纳米策略，结合无机纳米材料与天然产物，以提升癌症化放疗的效果。

引言

恶性肿瘤依然是全球重大的公共卫生问题。其复杂的病理微环境以及高发的复发和转移现象，往往使得单一疗法难以达到理想治疗效果。[1], [2], [3]近年来，基于纳米技术的药物递送系统为克服传统化疗的局限性提供了新途径，它能够提高药物靶向性、控制药物释放速度、降低全身毒性，从而显著提升治疗效果。[4], [5], [6], [7], [8]在各类递送平台上，介孔二氧化硅纳米粒子因其结构清晰、表面积大、表面易于功能化且生物相容性好，而被视为极具潜力的药物载体。[4], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]

与此同时，半导体量子点，尤其是具有近红外-II波段荧光的Ag₂S量子点，因其独特的光学和电子特性，以及在深层组织成像、光热治疗和光动力治疗方面的应用潜力，而备受关注。[16], [17], [18], [19]然而，量子点在实际的生物医学应用中常常面临稳定性不足、潜在生物毒性以及功能有限等问题。将量子点封存在具有生物相容性的介孔二氧化硅框架中，被视为一种有效的稳定量子点、减少渗漏带来的毒性并整合多种治疗功能的策略。[10], [20], [21], [22]另一方面，像木脂素这样的天然活性化合物，由于其多靶点作用机制以及较低的耐药性，在癌症治疗中具有独特优势。[23], [24], [25], [26], [27], [28]不过，由于水溶性差、全身毒性较大以及缺乏目标特异性，这些化合物的临床应用进展十分缓慢。

尽管在利用介孔二氧化硅分别递送药物或量子点方面已取得一定进展，但如何在同一体系中高效且稳定地共负载无机量子点与天然生物活性分子，依然是一个重大挑战。[12], [19], [29], [30], [31]此外，设计出一种能够实现这两种物质协同作用，并根据肿瘤微环境改变免疫微环境的复杂纳米结构，也是当前研究需要克服的难题。[9], [32], [33], [34], [35]这样的综合策略有望将量子点的诊断功能与治疗触发能力，以及天然产物的强大药理作用相结合，从而突破单一疗法的局限。[36]

基于此，本研究提出并开发了一种通用的原位封装与生长策略，旨在在介孔二氧化硅纳米球（CA@SiO₂）中同时构建多种量子点（如Ag₂S、AgInS₂、ZnAgInS），并负载天然抗肿瘤化合物木脂素（Scheme 1）。我们系统地研究了这种复合纳米材料的结构与性质，深入探讨了其在肿瘤微环境作用下的药物释放行为，以及其在体外的抗肿瘤效果，尤其关注其诱导免疫源性细胞死亡和改变免疫抑制微环境的独特机制。本研究旨在构建一种诊疗合一的纳米平台，为实现高效、安全且具有协同效应的癌症治疗提供新的见解和实验依据。

章节摘要

多元量子点@SiO₂的合成与表征

为验证多元量子点能否成功掺入并封装在介孔二氧化硅框架中（图1），我们使用透射电子显微镜对复合材料的形态进行了系统分析。最初观察到的仍是未经处理的硫醇功能化介孔二氧化硅载体，其呈现出均匀的核桃形状，孔道排列整齐，说明该结构非常适合容纳量子点（图S1）。随后，又研究了各种多元量子点的情况。

结论

本研究开发了一种灵活的原位封装策略，用于构建基于介孔二氧化硅的诊疗合一纳米平台（CA@SiO₂），可实现近红外-II波段的Ag₂S量子点与天然化合物木脂素的共同递送。该平台能使量子点在孔隙中均匀分布，同时保持其光学特性，还可高效负载药物。在体外实验中，CA@SiO₂能响应酸性、高GSH水平的肿瘤微环境，协同作用降低GSH浓度并产生H₂S，进而增加ROS含量。

水相Ag₂S@SiO₂纳米粒子的合成

将20毫克dSiO₂-NH₂分散在10毫升乙二醇中。[44], [45]将混合液加热至110摄氏度，反应30分钟，直至在氮气环境下溶液变得清澈，然后加入100微升MPA和14毫克AgNO₃，在145摄氏度下继续反应30分钟，即可得到最终产物Ag₂S@SiO₂。所得纳米粒子经干燥后储存在4摄氏度环境中以备后续使用。

水相AgInS₂@SiO₂和ZnAgInS@SiO₂纳米粒子的合成

将30毫克dSiO₂-NH₂分散在10毫升浓度为0.2摩尔的GSH溶液中。充分搅拌0.5小时后，再加入2.0毫升In(Ac)₃溶液。

作者贡献

§ X.Z.和Y.C.对本文的贡献相当。所有作者均已批准稿件的最终版本。

支持信息

相关支持信息可在ACS Publications网站上免费获取，内容包括实验材料信息、仪器表征结果与透射电子显微镜图像、能量色散谱图、XPS光谱数据、Ag₂S@SiO₂和CA@SiO₂的近红外荧光成像结果、细胞内H₂S生成情况、CT26细胞中NF-κB表达的共聚焦显微镜图像，以及不同组别中Ki-67阳性细胞数量和TUNEL检测结果的定量分析数据，还有CT26异种移植瘤模型中肿瘤内调节性T细胞的流式细胞术分析结果。

CRediT作者贡献说明

邓大为：资金筹集、数据整理。张伟：实验研究。曹宇琪：实验研究、数据整理。赵小敏：初稿撰写、数据整理。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

X. Z.和Y. C.对这项工作做出了同等贡献。本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号82572407和82172085）、中国国家重点研发计划（2022YFF1100303），以及江苏省杰出青年科学基金（项目编号BK20190028）的资助。我们还要感谢杨晓珍博士在透射电子显微镜方面的技术支持，以及张丽媛博士在扫描电子显微镜方面的帮助。

Xiaomin Zhao|Yuqi Cao|Wei Zhang|Dawei Deng