用于体外近红外诱导癌症化学动力学与光热治疗的多功能多酚涂层 Fe3O4@Pt 纳米复合材料

《Nanoscale》：Multifunctional polyphenol-coated Fe3O4@Pt nanocomposites for in vitro NIR-induced cancer chemodynamic and photothermal therapyOpen Access

　　

协同化学动力学与光热治疗在提升癌症治疗效果方面具有很大潜力。研究人员报道了基于四种壳层化学的多酚涂层 Fe3O4@Pt 磁性纳米复合材料：聚多巴胺（PDA，polydopamine）；聚左旋多巴（P(l-DOPA)，polylevodopa）；聚没食子酸（PGA，polygallic acid）；聚焦性没食子酸（PPGL，polypyrogallol），其在弱酸与弱碱聚合条件下制备，形成核壳结构，壳层厚度具有 pH 与单体依赖性。所有纳米复合材料在 300 K 下均保持超顺磁性，在重复 808 nm 照射下具有增强的可见–近红外吸收与稳定产热；pH 9.5 合成的涂层总体优于 pH 5.8，PDA 或 P(l-DOPA) 的光热效应强于 PGA 与 PPGL。光热转换效率由 Fe3O4@Pt 的 3.3% 提升至 Fe3O4@Pt@PDA 的 11.82% 与 Fe3O4@Pt@P(l-DOPA) 的 11.66%。Fe3O4@Pt@P(l-DOPA) 具有最高类过氧化物酶（POD-like）活性，Fe3O4@Pt@PDA 与 Fe3O4@Pt@P(l-DOPA) 在生理样与肿瘤模拟条件下消耗谷胱甘肽（GSH，glutathione）。以 HaCaT 与 A375 细胞系通过 MTT 与 alamarBlue 实验评估细胞毒性，证实上述两种材料低毒，并在 NIR 照射下有效降低癌细胞活力，显示其作为光热剂与联合化学动力学癌症治疗的潜力。

研究背景方面，癌症仍是全球重大健康难题，手术、化疗、免疫治疗和放疗常伴随严重副作用且疗效有限。近红外（NIR，near-infrared）光因组织穿透较深，适于光热治疗（PTT，photothermal therapy）与光动力治疗（PDT，photodynamic therapy）。但 PTT 与 PDT 对大肿瘤边缘残留细胞清除不足，易复发转移。超顺磁氧化铁 Fe₃O₄ 具生物相容性并可磁靶向，但其 NIR 吸收与光热效率不足；修饰贵金属铂可增强类过氧化物酶（POD-like，peroxidase-like）活性，却带来潜在毒性。多酚聚合物如聚多巴胺（PDA）可兼顾生物相容、稳定与光热性能，但聚合物多酚对 Fe₃O₄ 磁性与催化、光热协同影响尚缺乏系统研究。因此，研究人员在铂修饰 Fe₃O₄（Fe₃O₄@Pt）表面聚合多巴胺、左旋多巴、没食子酸与焦性没食子酸，并在 pH 5.8 与 pH 9.5 下比较其结构、磁性、光热、催化与细胞行为，论文发表于《Nanoscale》。

关键技术方法方面，研究人员以 Fe₃O₄ 纳米立方为磁核，经羟胺还原引入 Pt 得 Fe₃O₄@Pt，再在 H₂O₂ 存在下于 pH 5.8 磷酸盐缓冲与 pH 9.5 碳酸盐缓冲中表面聚合四种多酚。表征采用 X 射线衍射（XRD）、能量色散 X 射线（EDX）、ζ 电位、振动样品磁强计（VSM）、可见–NIR 吸收、傅里叶变换红外衰减全反射（FT-IR ATR）、扫描透射电子显微镜（STEM）；光热用 808 nm 激光测升温与光热转换效率（η）；催化用 TMB 与 ABTS 评估 POD-like 活性，并测 GSH 消耗；细胞实验用 HaCaT 与 A375 细胞系，以 MTT 与 alamarBlue 评毒性及 NIR 下杀伤。

2.1 Synthesis and characterisation：研究人员通过 XRD、EDX、ζ 电位、VSM、吸收光谱、FT-IR ATR 与 STEM 表征证明 Fe₃O₄@Pt 成功制备，Pt 高分散致 XRD 无清晰 Pt 峰但 EDX 与催化功能佐证其存在。所有材料 300 K 超顺磁；PDA 与 P(l-DOPA) 壳较厚、NIR 吸收强，PGA/PPGL 壳超薄、磁化强度甚至高于 Fe₃O₄@Pt，说明多酚壳可调控磁性与界面化学。pH 9.5 聚合更快、涂层更厚、NIR 吸收更高。

2.2 Evaluation of photothermal effect, stability, and conversion efficiency：研究人员以 808 nm 激光照射发现多酚层提升升温，pH 9.5 的 Fe₃O₄@Pt@PDA 与 Fe₃O₄@Pt@P(l-DOPA) 可超 46 °C；低功率 0.5 W cm^?2 下仍有效升温，4 次冷热循环无衰减。η 值为 Fe₃O₄@Pt 3.3%、PDA 11.82%、P(l-DOPA) 11.66%、PPGL 5.62%、PGA 8.57%，证明多酚涂层显著增强光热转换与稳定性。

2.3 Evaluation of enzyme-like activity and in vitro GSH-depleting activity：研究人员用 TMB 与 ABTS 证明 Fe₃O₄@Pt@P(l-DOPA) 的 POD-like 活性最高，上清液几乎无催化信号，说明活性来自纳米颗粒本身。pH 9.5 样品活性高于 pH 5.8。GSH 消耗实验在 pH 7.4 与 pH 5.0、37 °C 与 50 °C 下进行，Fe₃O₄@Pt@PDA 与 Fe₃O₄@Pt@P(l-DOPA) 均降低 GSH，源于多酚醌类与 Fe₃O₄@Pt 催化氧化还原协同，利于放大 ROS 损伤。

2.4 In vitro evaluation of cytotoxicity assay and the photothermal effect：研究人员以 MTT 初筛后发现多巴胺/ PDA 可还原 MTT 造成偏差，故用 alamarBlue 测代谢活力。Fe₃O₄@Pt@P(l-DOPA) 两 pH 组与 pH 5.8 PDA 在多数浓度下高存活；pH 9.5 PDA 在高浓度下降活明显。NIR 照射下 PDA 与 P(l-DOPA) 纳米复合材料降低 A375 活力，显示光热联合催化治疗可行。

讨论与结论部分：研究人员指出，聚合物多酚种类与聚合 pH 共同决定壳层厚度、NIR 吸收、磁化强度、POD-like 活性与 GSH 消耗能力。PDA 与 P(l-DOPA) 更适合强 NIR 光热，P(l-DOPA) 还兼具最高类酶催化与 GSH 消耗，是兼具光热与化学动力学功能的多功能力子。PPGL/PGA 壳薄、磁性强但光热较弱，适用于磁相关应用。该研究首次系统比较四种多酚涂层 Fe₃O₄@Pt，证明酸性条件也可由 Fe₃O₄@Pt 催化 H₂O₂ 产羟基自由基引发聚合；pH 9.5 的 Fe₃O₄@Pt@P(l-DOPA) 同时具备光热升温、高 POD-like 活性与 GSH 耗竭，可用于协同 PTT/CDT。超顺磁性还支持磁热与外部磁场空间分布调控。结论为：多酚涂层 Fe₃O₄@Pt 纳米复合材料性能优于未涂层 Fe₃O₄@Pt，其中 Fe₃O₄@Pt@PDA 与 Fe₃O₄@Pt@P(l-DOPA) 生物相容且 NIR 下有效杀癌，是面向联合光热与化学动力学癌症治疗的有前景平台。