南方科技大学李凯团队《德国应用化学》: 具有超高光热转换效率的小分子光热剂

目前,光热疗法(PTT)已成为新型癌症治疗手段研究中的热点,而开发具有近红外吸收与高光热转化效率(PTCE)的光热剂是实现理想PTT疗效的重要因素,其对于降低激光功率密度以及研究在相对较低温度下的光热治疗策略具有重要的意义。基于此,南方科技大学生物医学工程系李凯课题组报道了一种高光热转换效率的小分子光热剂的设计,及其在协同HSP70抑制策略的低温光热治疗中的应用进展。

南方科技大学李凯团队《德国应用化学》: 具有超高光热转换效率的小分子光热剂

在本项工作中,课题组设计出一种基于光诱导非绝热衰退(PIND)效应的新型有机小分子,并利用Apoptozole(Apo)对细胞热损伤修复蛋白HSP70的表达抑制作用,实现了808nm激发的43℃高效PTT肿瘤治疗。该类亚胺基分子马达在受到激光照射而跃迁到激发态时,会受到较强的分子内扭曲电荷转移(TICT)效应的影响,利于通过圆锥交叉(CI)过程,以非辐射衰退的方式释放能量回到基态,此过程可视被为一种光诱导非绝热衰退(PIND)现象。相较于商业化探针ICG而言,该类激发态分子几乎无荧光的释放,因此能更高效地将光能转换成热能,展现出高达90%的光热转换效率。

南方科技大学李凯团队《德国应用化学》: 具有超高光热转换效率的小分子光热剂
图1、光诱导非绝热衰退(PIND)型有机小分子的光物理性质及其工作原理。

在动物实验方面,作者通过纳米沉淀法和细胞穿膜肽的表面修饰,构建出一种热响应肿瘤细胞递送系统,并且以裸鼠的4T1皮下移植瘤作为肿瘤模型,研究C6TI/Apo-Tat纳米微粒介导的低温PTT肿瘤治疗效果。如图2a所示,小鼠尾静脉注射C6TI/Apo-Tat 8小时后,使用808nm激光照射小鼠,肿瘤部位可快速升温至43 ºC,并达到平台期保持稳定。在C6TI/Apo-Tat和C6TI-Tat介导的PTT肿瘤治疗实验中,结果显示C6TI/Apo-Tat对肿瘤的治疗效果显著优于C6TI-Tat,且C6TI/Apo-Tat治疗组肿瘤复发明显低于C6TI-Tat治疗组(图2b、2c)。通过对两个治疗组原位肿瘤组织切片HSP70免疫和TUNEL组化染色分析发现(图2d),热触发释放的Apo可有效抑制肿瘤部位细胞热损伤修复蛋白HSP70的表达,导致C6TI/Apo-Tat介导的低温PTT肿瘤细胞凋亡率显著高于C6TI-Tat治疗组,证明了该联合治疗策略的有效性。因此,本研究报道的高效光热转换分子马达型光热剂,避免了传统有机光热剂设计中需要引用长烷基链或复杂取代基的合成方式,结合对热损伤修复蛋白HSP70表达的抑制机理,有效的突破传统高温PTT治疗的局限性,极大降低了高温消融过程对肿瘤附近正常组织造成的热损害等风险,为小分子高效光热剂的开发提供了新的思路。

南方科技大学李凯团队《德国应用化学》: 具有超高光热转换效率的小分子光热剂
图2、C6TI/Apo-Tat 纳米颗粒介导的低温PTT肿瘤治疗。(a)808nm激光器(0.5 W cm-2)照射小鼠肿瘤部位随时间变化的温度曲线图;(b) 不同治疗组肿瘤大小随时间变化的肿瘤生长曲线;(c) 不同治疗组第14天解剖所得肿瘤照片;(d) 原位肿瘤组织切片的HSP70免疫组化和TUNEL染色分析,标尺 = 100 mm。

相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.。南方科技大学生物医学工程系李凯副教授为通讯作者,研究副教授倪侦翔为论文第一作者,张勋为共同第一作者,课题组成员杨光康天怿等做出了重要贡献。研究团队也特别感谢国家自然科学基金及深圳市科创委等资助。

论文链接:

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002516

课题组网页:

李凯副教授

http://faculty.sustech.edu.cn/lik/

倪侦翔研究副教授

http://faculty.sustech.edu.cn/nizx/

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