《Journal of Colloid and Interface Science》：A third-generation rhodium-based nanophotosensitizer for precision photodynamic cancer therapy
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基于RhNPs的第三代纳米光敏剂开发及其靶向肿瘤光动力治疗研究。通过将RhNPs包埋于功能化介孔硅纳米颗粒（MSNs-Tf）中，构建新型靶向纳米体系，在近红外（NIR）激发下高效产单线态氧，实现癌细胞特异性杀伤与代谢通路重编程，鸡胚绒毛膜模型验证其安全性和抗肿瘤效果。
安德烈斯·马丘卡（Andres Machuca）| 罗伯托·阿尔瓦雷斯-费尔南德斯·加西亚（Roberto Alvarez-Fernandez Garcia）| 亚历杭德罗·加西亚-加西亚（Alejandro Garcia-Garcia）| 吉列尔莫·阿拉戈内塞斯-卡索拉（Guillermo Aragoneses-Cazorla）| 索尼娅·卡斯蒂略-卢瓦（Sonia Castillo-Lluva）| 玛丽亚·瓦莱特-雷吉（Maria Vallet-Regi）| 布兰卡·冈萨雷斯（Blanca González）| 埃斯特法尼娅·加西亚-卡尔沃（Estefania Garcia-Calvo）| 何塞·L·卢克-加西亚（Jose L. Luque-Garcia）
马德里康普顿斯大学化学系分析化学系，西班牙马德里28040
摘要
基于铑的纳米复合材料是一类尚未充分研究的具有生物医学潜力的功能性材料。本文介绍了一种第三代纳米光敏剂RhNPs-MSNs-Tf，它由封装在介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）中的铑纳米颗粒（RhNPs）组成，并通过转铁蛋白（Tf）进行表面修饰，以实现受体介导的肿瘤靶向。这是文献中首次报道的将RhNPs集成到二氧化硅基纳米复合材料中用于生物医学应用的案例。这种混合结构通过一种稳健的多步骤合成方法获得，并经过了全面表征，证实了RhNPs的均匀掺入、介孔性的保持、胶体稳定性和优异的生物相容性。在近红外（NIR）照射下，RhNPs-MSNs-Tf能够高效生成单线态氧（1O2）。细胞研究表明该材料在癌细胞中具有选择性摄取和光触发细胞毒性的作用，而代谢组学分析揭示了氧化应激和能量代谢途径的重塑是其作用机制。使用鸡绒毛尿囊膜（CAM）模型进行的体内评估显示，该材料能够显著抑制肿瘤生长，且没有明显的系统毒性。凭借其结构精确性、高效的光动力响应和主动靶向能力，RhNPs-MSNs-Tf构建了一个多功能的光激活纳米平台。这些发现凸显了基于铑的纳米复合材料作为下一代肿瘤选择性光动力疗法（PDT）功能性材料的潜力。
引言
实现选择性仍然是癌症治疗的主要挑战之一。目前大多数临床疗法无法区分健康细胞和恶性细胞，这常常导致严重的副作用，在极端情况下甚至会导致致命后果。因此，人们致力于开发具有更好肿瘤靶向能力的替代疗法。其中，光动力疗法（PDT）作为一种有前景的非侵入性治疗方法而受到关注[1]、[2]、[3]。PDT涉及施用一种无毒的光敏剂，该光敏剂在外部光照下被激活，从而产生活性氧（ROS），并诱导受照射区域的细胞死亡[4]。
理想的光敏剂应在特定波长下具有增强的光吸收能力、强的光稳定性、高效生成活性氧（ROS）、最小的暗毒性、良好的水溶性以及在肿瘤组织中的优先积累。尽管第一代和第二代光敏剂在光照激活下能够生成ROS[5]、[6]、[7]、[8]，但它们存在一些局限性，包括在生物流体中的溶解度低、肿瘤选择性差以及组织穿透力有限。尤其是第一代光敏剂[9]，它们被紫外-可见光（UV–vis）激活，而这一波长的生物成分具有较高的摩尔吸收率，因此无法有效穿透深层肿瘤。此外，长时间暴露于UV–vis辐射还可能对健康组织造成光毒性。
在这种情况下，纳米技术提供了一种强有力的方法来克服这些局限性，通过设计基于靶向和响应刺激的纳米材料来开发第三代光敏剂[10]、[11]、[12]。这类纳米光敏剂可以延长循环时间、提高生物利用度，并通过添加靶向配体实现选择性肿瘤积累。此外，它们可以被设计为对近红外（NIR）辐射作出响应，这种辐射不仅能够更深入地穿透生物组织，而且对非目标区域的phototoxicity（光毒性）较低。
铑在工业和生物医学领域被广泛用作催化剂[13]、[14]、[15]。其低化学反应性和高生物相容性使其能够被应用于手术器械和生物医学设备[16]。虽然一些Rh（III）复合物作为第二代光敏剂显示出潜力[17]、[18]，但基于金属铑的纳米材料在PDT中的应用仍大多未被探索。尽管一些基于铑的纳米材料已被评估用于光热疗法[19]、[20]，但我们首次证明铑纳米颗粒（RhNPs）在NIR激光照射下可以生成单线态氧，验证了它们作为新型纳米光敏剂的潜力[21]、[22]。然而，游离的RhNPs缺乏肿瘤靶向能力，且直接功能化较为困难，这可能阻碍其在临床实践中的应用。
为了解决这个问题，我们设计了一种新型的混合纳米系统，能够将RhNPs选择性地输送到肿瘤细胞中，从而提高PDT的效果。RhNPs被封装在介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）中，这些颗粒具有高表面积、可调的孔隙率、富含硅醇的表面以及优异的生物相容性[23]、[24]。MSNs此前已被用于生物医学应用中的金属纳米颗粒载体[25]、[26]、[27]、[28]、[29]，但据我们所知，这是首次报道将RhNPs集成到二氧化硅基纳米复合材料中用于生物医学用途。为了实现主动靶向，我们将转铁蛋白（Tf）与MSN表面结合，利用肿瘤细胞中转铁蛋白受体（TfR）的高表达特性（由于肿瘤细胞对铁的需求增加[30]、[31]、[32]）。这一策略旨在增加RhNPs在肿瘤中的积累[33]。
通过对所得到的RhNPs-MSNs-Tf纳米光敏剂进行广泛的物理化学表征，我们评估了其在HeLa细胞中诱导光动力效应和细胞毒性的能力，并将其与TfR表达显著较低的MC3T3-E1细胞进行了比较。为了进一步阐明潜在的生物分子机制，我们采用了基于无靶向质谱的代谢组学方法。最后，使用鸡绒毛尿囊膜模型进行的体内评估证实了我们的RhNPs-MSNs-Tf纳米系统作为活性靶向第三代纳米光敏剂在癌症光动力疗法中的潜力。
材料
购买了三氯化铑（Rh 38–40%）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP10，分子量：10,000 Da）、乙二醇（99%）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，>99%）、正硅酸四乙基酯（TEOS，98%）、无水甲苯（99.85%）、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl，≥97%）、转铁蛋白（≥98%）、2-(N-吗啉基)乙磺酸一水合物（MES，≥99%）、4-(2-羟乙基)哌嗪-1-乙磺酸（HEPES，≥95%）和1,2-二苯基异苯并呋喃（DPBF，97%）
纳米材料的合成和物理化学表征
我们通过图1a中概述的多步骤合成路线制备了基于铑的纳米光敏剂（RhNPs-MSNs-Tf）。首先，通过多元醇还原法制备了铑纳米颗粒（RhNPs）[21]、[34]、[35]。透射电子显微镜（TEM）分析（图1b）证实了形成了直径在4到5纳米之间的均匀尺寸、形状不规则的RhNPs。X射线衍射（XRD）分析（图S1）显示了与金属铑相一致的宽化峰
结论
在这项工作中，我们报道了RhNPs-MSNs-Tf的设计与验证，这是一种为近红外（NIR）照射下的靶向光动力疗法设计的第三代纳米光敏剂。通过将铑纳米颗粒封装在介孔二氧化硅纳米颗粒中并对其进行转铁蛋白表面修饰，我们获得了一种稳定、生物相容且具有主动靶向能力的纳米系统，该系统能够在NIR激活下生成单线态氧。该平台展示了选择性的摄取
CRediT作者贡献声明
安德烈斯·马丘卡（Andres Machuca）：撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据分析。罗伯托·阿尔瓦雷斯-费尔南德斯·加西亚（Roberto Alvarez-Fernandez Garcia）：撰写初稿、方法学设计、实验研究。亚历杭德罗·加西亚-加西亚（Alejandro Garcia-Garcia）：方法学设计、实验研究。吉列尔莫·阿拉戈内塞斯-卡索拉（Guillermo Aragoneses-Cazorla）：方法学设计、实验研究。索尼娅·卡斯蒂略-卢瓦（Sonia Castillo-Lluva）：指导、概念构思。玛丽亚·瓦莱特-雷吉（Maria Vallet-Regi）：撰写与编辑、指导。布兰卡·冈萨雷斯（Blanca González）：撰写与编辑、指导、数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了科学、创新与大学部的资助（PID2023-150182OB-I00）。A.M. 感谢马德里康普顿斯大学和桑坦德银行提供的博士前研究资助（CT82/20-CT83/20）。
