NLS功能化半导体聚合物纳米颗粒用于增强细胞内蓄积及联合光动力-光热癌症治疗

《RSC Advances》：NLS-functionalized semiconducting polymer nanoparticles for enhanced intracellular accumulation and combined photodynamic–photothermal cancer therapyOpen Access

　　

传统的癌症治疗方法，包括手术、放疗和化疗，常常受到侵入性、脱靶毒性和治疗效果不足的限制。光疗，包括光动力治疗（photodynamic therapy, PDT）和光热治疗（photothermal therapy, PTT），已成为一种有前景的时空可控癌症治疗策略。在本研究中，研究人员通过简单的纳米沉淀法，将PCPDTBT、PSMA和两亲性缀合物C₁₈-PEG₁₂-NLS物理共组装，开发了NLS功能化的半导体聚合物纳米颗粒（Pdots-NLS）。C₁₈-PEG₁₂-NLS的掺入增强了纳米颗粒在培养癌细胞中的细胞内蓄积。在808 nm激光照射下，Pdots-NLS同时产生 reactive oxygen species（ROS）和光热加热，从而实现PDT与PTT的联合。使用三种癌细胞系的体外研究表明，Pdots-NLS比未功能化的Pdots产生更强的激光诱导细胞毒性。此外，在小鼠异种移植模型中经瘤内给药后，Pdots-NLS与激光照射联合在14天内显著抑制了肿瘤生长，且未引起体重明显变化或主要器官的组织病理学损伤。这些发现表明，NLS功能化提供了一种简单的策略，用于增强纳米颗粒的细胞内递送并改善局部联合光动力和光热癌症治疗。

光疗因其微创性、高效性和时空可控性，已成为癌症治疗的重要策略，主要包括光动力治疗（PDT）和光热治疗（PTT）。然而，传统靶向配体依赖特定受体表达，制备复杂，且单纯PDT或PTT疗效有限。半导体聚合物纳米颗粒具有光稳定性好、生物相容性高、近红外吸收强等优点，但其细胞内递送效率仍需提升。核定位信号（NLS）肽富含碱性氨基酸，可促进细胞摄取，且无需特定表面受体，能通过两亲性分子设计简便地整合到纳米颗粒中。为此，研究人员开发了NLS功能化半导体聚合物纳米颗粒（Pdots-NLS），以增强细胞内蓄积并实现PDT/PTT联合治疗。

研究人员采用简单的纳米沉淀法，将半导体聚合物PCPDTBT、两亲性聚合物PSMA和C₁₈-PEG₁₂-NLS物理共组装，制备了Pdots-NLS。PCPDTBT同时作为光热剂和光敏剂，C₁₈-PEG₁₂-NLS通过疏水相互作用嵌入纳米颗粒核心，亲水NLS肽朝向水相。透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）表明，Pdots-NLS粒径约为165 nm，zeta电位由?17 mV变为?28 mV，证实功能化成功。紫外-可见吸收光谱显示Pdots-NLS在700 nm附近有强吸收，且浓度依赖性良好。光热性能测试中，50 μg mL^?1的Pdots-NLS在808 nm激光（1.0 W cm^?2）照射10 min后可升温至53.3 °C，光热转换效率为14.7%，且经6次激光开关循环后稳定性几乎不变。以单线态氧传感器（SOSG）为探针，在808 nm照射下，Pdots-NLS的荧光强度显著增强约2.8倍，证明其能有效产生单线态氧（¹O₂）。

**生物相容性**：MTT实验显示，在不加激光时，Pdots和Pdots-NLS对MDA-MB-231、A549和HCT116三种癌细胞在浓度高达100 μg mL^?1时细胞存活率均高于95%，说明材料本身无明显暗毒性。

**细胞摄取**：为便于荧光观察，研究人员用MEH-PPV替代PCPDTBT制备含不同NLS比例的荧光纳米颗粒（Pdots0至Pdots40）。共聚焦和荧光显微镜显示，随着NLS比例增加，细胞内红色荧光信号逐渐增强，定量分析证实Pdots40具有最高摄取效率，表明NLS修饰显著提高了纳米颗粒的细胞内蓄积。

**体外联合治疗**：采用MTT评估光疗效果，Pdots-NLS加激光组细胞活力降至约25–50%，显著低于Pdots加激光组（50–75%）。qRT-PCR显示热休克蛋白Hsp90和Hsp47在光热治疗后显著上调，确认了光热效应。DCFH-DA荧光染色表明Pdots-NLS加激光组细胞内ROS生成最多，证实了光动力效果。

**体内抗肿瘤治疗**：在MDA-MB-231异种移植瘤小鼠模型中，经瘤内注射后激光照射，Pdots-NLS联合激光组表现出最强抑瘤效果，大多数小鼠肿瘤体积缩小约80%，其中一只小鼠肿瘤完全消退，而单用Pdots、Pdots-NLS或激光的对照组无明显疗效。治疗期间小鼠体重变化可忽略，主要器官H&E染色未见明显病理损伤，表明Pdots-NLS生物相容性良好且全身毒性极低。

**讨论与结论**：Pdots-NLS通过简单一步共组装策略，实现了单一808 nm激光触发的PDT/PTT联合治疗，并通过NLS肽增强细胞内递送。其光热转换效率相对温和，当前体内研究限于瘤内注射，且未分析系统分布和细胞内定位。但总体而言，Pdots-NLS在体外多种癌细胞和体内模型中均展示了优异的抗癌性能，为增强癌症光疗提供了一种简单有效的纳米平台。未来进一步优化多模态成像引导治疗将拓展其生物医学应用。