戚 秀 玉， 宋 學(xué) 志， 李 楚 喬， 宮 藝 書， 譚 振 權(quán)

(大連理工大學(xué) 化工學(xué)院盤錦分院，遼寧 盤錦 124221 )

0 引 言

光動(dòng)力療法(PDT)因?yàn)榉乔秩?、副作用小等原因，近幾年?lái)受到研究者們的廣泛關(guān)注[1]．在特定射線照射下，光敏劑在癌細(xì)胞內(nèi)和氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生活性氧自由基(ROS)，ROS可以損害脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA，從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞程序性死亡[2-3]．但是，目前所用普通光敏劑很難在腫瘤附近聚集，因此研究者們開始探究以納米材料作為載體來(lái)進(jìn)行光動(dòng)力治療．

金屬有機(jī)框架(MOF)材料因?yàn)橐子谠O(shè)計(jì)和合成且種類繁多，近幾年來(lái)在癌癥治療領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展[4-5]．比如，MOF被用來(lái)運(yùn)載阿霉素(DOX)、順鉑、RNA等來(lái)靶向癌細(xì)胞治療癌癥[6-7]．研究者們開始嘗試?yán)肕OF材料進(jìn)行PDT來(lái)解決療法中的癌癥組織聚集問題，包括利用MOF運(yùn)送光敏劑，或者M(jìn)OF作為光敏劑來(lái)解決這個(gè)問題．MOF在靶向癌細(xì)胞的過程中，粒徑對(duì)藥物功效起著非常重要的作用．大尺寸的納米粒子可以通過高滲透長(zhǎng)滯留效應(yīng)(EPR)被動(dòng)靶向在腫瘤血管附近積聚，但很難滲透到腫瘤實(shí)質(zhì)中，較小的納米粒子可以穿透得更好且容易通過腎臟排出，其中細(xì)胞核孔允許小于5 nm的小粒子進(jìn)入，但小粒子在腫瘤的保留能力較差，這給納米藥物靶向帶來(lái)了很多問題[8-10]．在納米藥物設(shè)計(jì)時(shí)，為了使納米藥物能夠更好地靶向腫瘤，在藥物運(yùn)輸?shù)那鞍氤绦枰{米粒子的尺寸在100 nm左右，而運(yùn)輸?shù)暮蟀氤虅t需要小尺寸的納米粒子進(jìn)行擴(kuò)散．這促使研究者們廣泛采用尺寸調(diào)整策略來(lái)達(dá)到更好靶向患病位置的目的[11]．

采用鉿(Hf4+)和四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)組成超小型金屬有機(jī)骨架量子點(diǎn)(2 nm)，同時(shí)用相同的方法得到大顆粒的Hf-TCPP納米粒子(Hf-TCPP NMOFs)．Hf-TCPP具有良好的光動(dòng)力治療效果，因?yàn)門CPP是一種卟啉型光敏劑[12-13]．而由于Hf是高序數(shù)元素，對(duì)X射線具有增敏特性[14]，因此可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)X射線動(dòng)力治療(XDT)[15]．為了解決EPR靶向性，利用尺寸調(diào)整策略，用脂質(zhì)體包裹Hf-TCPP量子點(diǎn)(Hf-TCPP QDs)和DOX，制得粒徑30 nm的DOX@Hf-TCPP@LIPs．由于小粒子的易擴(kuò)散屬性，Hf-TCPP QDs比Hf-TCPP NMOFs具有更高的ROS產(chǎn)生效率，可以有效提高PDT效果．同時(shí)，形成脂質(zhì)體納米藥物不僅可以增加生物相容性，而且可以增強(qiáng)納米粒子的靶向性[11，16]，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多重治療的協(xié)同，在癌癥治療方面有很大的應(yīng)用潛力．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

原料：所用的溶劑和化學(xué)材料購(gòu)自商業(yè)渠道，無(wú)須純化即可使用．

儀器：Nicolet iN10型紅外光譜儀；Shimadzu UV-1800型紫外-可見分光光度計(jì)；Hitachi F-7000型熒光分光光度計(jì)；Shimadzu XRD-7000S型X射線衍射儀．

1.2 合成部分

1.2.1 Hf-TCPP NMOFs的制備 將四氯化鉿、TCPP在DMF溶劑中混合，并以冰乙酸作為催化劑，在80 ℃下反應(yīng)2 h后，加入6 mL DMF，進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)另外24 h，離心收集深紫色固體并用DMF洗滌[17]，制備得到Hf-TCPP NMOFs．

1.2.2 Hf-TCPP QDs的制備 將四氯化鉿、TCPP在DMF溶劑中混合，并以36%乙酸作為催化劑，在80 ℃下反應(yīng)2 h后，加入6 mL DMF，進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)另外24 h，離心收集深紫色固體并用DMF洗滌，制備得到Hf-TCPP QDs．

1.2.3 脂質(zhì)體包裹 將1.65 mL氯仿和甲醇混合成為混合溶液，將HSPC(21.41 mg)、膽固醇(5.80 mg)、DSPE(3.9 mg)、Hf-TCPP(0.21 mg)、DOX(0.29 mg)溶于混合溶液中并超聲均勻，在旋蒸儀中旋蒸成膜，冷凍干燥過夜．然后加入1 mL PBS在70 ℃水化30 min．冰浴超聲5 min后用PBS離心4次并放4 ℃環(huán)境中儲(chǔ)存[18-19]．

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物表征

Hf-TCPP QDs的合成方法如圖1所示．在采用溶劑法合成過程中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法合成的Hf-TCPP NMOFs直徑大約為70 nm(圖2(a)、(b))，而合成的Hf-TCPP QDs直徑在2～4 nm，且形狀均一、分散均勻(圖2(c))．雖然小分子更易在細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散以及通過腎臟排出體外，但不能通過EPR效應(yīng)聚集到腫瘤組織附近．用脂質(zhì)體包裹Hf-TCPP QDs，同時(shí)包裹DOX，制得了30 nm大小的脂質(zhì)體DOX@Hf-TCPP@LIPs(圖2(d))．

圖1 DOX@Hf-TCPP@LIPs的合成Fig.1 The synthesis of DOX@Hf-TCPP@LIPs

圖2 TEM圖和SEM圖Fig.2 TEM image and SEM image

對(duì)Hf-TCPP NMOFs和DOX@Hf-TCPP@LIPs進(jìn)行水合粒徑測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Hf-TCPP NMOFs的水合粒徑約為91 nm，DOX@Hf-TCPP@LIPs的水合粒徑約為38 nm，且粒徑分布都比較狹窄(圖3)，與電鏡分析結(jié)果一致．

將合成的Hf-TCPP的XRD譜圖(圖4(a))與文獻(xiàn)[20]進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衍射峰基本相同，說(shuō)明合成的樣品為Hf-TCPP NMOF材料．另外，Hf-TCPP QDs的XRD譜圖與Hf-TCPP NMOFs相比發(fā)生輕微偏移，這主要是由于Hf-TCPP QDs粒徑太小，沒有形成穩(wěn)定的晶體邊界條件所導(dǎo)致．

(a)Hf-TCPP NMOFs

(a)XRD譜圖

從紫外-可見吸收光譜中發(fā)現(xiàn)Hf-TCPP QDs和TCPP配體具有相同的紫外-可見吸收峰(圖5(a))，說(shuō)明成功合成了量子點(diǎn)．所制得的脂質(zhì)體DOX@Hf-TCPP@LIPs同時(shí)具有DOX和Hf-TCPP的特征吸收峰(圖5(b))，說(shuō)明成功合成了脂質(zhì)體納米藥物．

(a)Hf-TCPP和TCPP配體

2.2 ROS測(cè)試

為了探究Hf-TCPP在光動(dòng)力治療中的應(yīng)用前景，利用APF熒光探針研究了Hf-TCPP對(duì)ROS產(chǎn)生效率．APF熒光探針和ROS反應(yīng)會(huì)生成熒光素，熒光素在激光的激發(fā)下會(huì)發(fā)射熒光．通過比較515 nm的特征熒光強(qiáng)度來(lái)分析生成ROS的效率[21]．

首先發(fā)現(xiàn)，在沒有激光照射的情況下，熒光強(qiáng)度幾乎為零，而在660 nm近紅外激光的照射下，APF熒光探針的熒光強(qiáng)度大大增強(qiáng)(圖6(a))．證明了660 nm激光可以極大促進(jìn)Hf-TCPP QDs產(chǎn)生ROS．而且隨著光照時(shí)間的增長(zhǎng)，產(chǎn)生活性氧的數(shù)量也隨之增加(圖6(b))．由于該過程幾乎沒有光毒性，可以通過控制光照條件來(lái)誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，有助于降低藥物的副作用．其次，與傳統(tǒng)方法合成的Hf-TCPP NMOFs相比，在相同濃度條件下，Hf-TCPP QDs產(chǎn)生的ROS是其2倍(圖6(c))．且隨著濃度的增加，Hf-TCPP QDs產(chǎn)生ROS的效率也會(huì)相應(yīng)提高(圖6(d))．而包裹脂質(zhì)體之后發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的ROS并沒有減少，說(shuō)明包裹脂質(zhì)體不會(huì)降低ROS的產(chǎn)生效率(圖6(e))．進(jìn)一步研究了ROS的產(chǎn)生條件，在X射線的照射下，Hf-TCPP NMOFs會(huì)大量產(chǎn)生ROS，而相同粒徑的Cu-TCPP NMOFs則不會(huì)產(chǎn)生ROS(圖6(f))．這是由于金屬元素Hf作為高序數(shù)元素，對(duì)于X射線具有高敏感性，使得Hf-TCPP也具備了X射線高敏感性，這賦予了Hf-TCPP作為XDT的應(yīng)用潛力．

圖6 不同條件下的APF熒光Fig.6 The fluorescence of APF under different conditions

在研究ROS產(chǎn)生時(shí)，發(fā)現(xiàn)APF熒光探針不僅在515 nm處有熒光發(fā)射峰，在650 nm處也有發(fā)射峰(圖6(f))．Jia等提出515 nm處的發(fā)射峰歸屬于熒光素的產(chǎn)生，而650 nm處的發(fā)射峰則是來(lái)源于熒光素異構(gòu)體的生成[22]．比較不同條件下的熒光發(fā)射光譜，在660 nm近紅外激光照射下，515 nm處的發(fā)射峰強(qiáng)度更大，而在X射線照射下650 nm處的熒光強(qiáng)度更大(圖7(a))．這個(gè)現(xiàn)象可能是由于X射線具有比660 nm近紅外激光更高的能量，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的熒光素異構(gòu)體，使得650 nm處的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)．隨著X射線照射時(shí)間的增加，熒光強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，而515 nm處的熒光強(qiáng)度增大更為明顯(圖7(b))．這主要是因?yàn)殡S著照射時(shí)間的增加，體系中含有較高濃度的ROS，從而使得熒光素的生成效率比熒光素異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化效率高．除此之外，與Hf-TCPP QDs相比，Hf-TCPP NMOFs在650 nm處有更強(qiáng)的熒光強(qiáng)度，可能是由于空間位阻效應(yīng)使得熒光素容易被吸附在納米粒子表面，從而導(dǎo)致了更多的熒光素異構(gòu)體的產(chǎn)生．

(a)不同照射條件下

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過調(diào)節(jié)催化劑乙酸的濃度，成功合成了量子點(diǎn)Hf-TCPP QDs，透射電鏡圖表明量子點(diǎn)直徑在2～4 nm且分散均勻．根據(jù)尺寸調(diào)整策略，進(jìn)一步將量子點(diǎn)和DOX一起包裹在脂質(zhì)體內(nèi)，制備了粒徑約30 nm的DOX@Hf-TCPP@LIPs脂質(zhì)體納米藥物，從而可以有效利用EPR效應(yīng)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)治療的協(xié)同．Hf-TCPP QDs產(chǎn)生ROS的效率是Hf-TCPP NMOFs的2倍，顯示了量子點(diǎn)在光動(dòng)力治療中的優(yōu)越性．同時(shí)由于Hf的X射線敏感性，Hf-TCPP在X射線照射下也可以高效生成ROS，揭示了Hf-TCPP在X射線動(dòng)力治療中的應(yīng)用潛力．