《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Near-Infrared Light-Activated Self-Luminescing Nanoplatform Mediated Synergistic Photothermal-Photodynamic Tumor Therapy
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利用空心普鲁士蓝纳米立方体（PBNCs）构建自发光氧供纳米系统，通过近红外光热转化增强肿瘤消融，并利用维生素C（Vc）生成过氧化氢触发鲁米诺化学发光，经CRET实现氧气激活，协同PDT和PTT提升疗效。摘要：
Jingming Zhai|Heying Li|Jianfeng Bao|Xiaozhi Zhang|Jinghua Li
西安交通大学第一附属医院，中国陕西省西安市，710000
摘要
光动力疗法（PDT）是癌症治疗中非常有前景的方法，其治疗效果主要受光源和氧源两个因素的影响。由于可见光在组织中的穿透深度较浅，以及缺氧肿瘤微环境中氧气含量较低，因此治疗效果往往不尽如人意。为了解决这个问题，本研究开发了一种创新的光动力药物递送系统，该系统能够同时实现自发光和自我供氧，从而提高PDT的效果。本研究中的PBNCs@Vc@Luminol纳米颗粒以中空普鲁士蓝纳米立方体（PBNCs）为主要结构，负载了过氧化氢触发剂（维生素C，Vc）和细胞内化学发光剂（鲁米诺）。PBNCs@Vc@Luminol纳米颗粒在将近红外（NIR）光转化为热能进行体内光热肿瘤治疗（PTT）方面表现出优异的性能。此外，它们还能在肿瘤部位诱导鲁米诺的化学发光（CL），通过化学发光共振能量转移（CRET）被PBNCs吸收，激活分子氧（O2）产生足够的活性氧（ROS）以用于PDT。实验研究表明，PBNCs@Vc@Luminol纳米复合材料在体外和体内均显示出良好的抗肿瘤效果，并借助磁共振成像（MRI）实现了实时监测和高效治疗肿瘤。
引言
近年来，癌症的发病率和死亡率显著上升，已成为威胁人类健康和生命的全球主要疾病之一[1]、[2]、[3]。目前，癌症主要通过化疗、放疗、手术和免疫疗法进行治疗[4]。然而，由于癌症的扩散和转移，这些治疗方法的效果有限[5]、[6]、[7]。近年来，人们对新型癌症治疗方法（如光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）的兴趣日益增加[8]。这些方法具有侵入性小、毒性低、选择性高以及广泛的抗癌特性，成为对抗癌症的潜在策略[9]、[10]、[11]、[12]。PTT利用纳米材料将近红外（NIR）光转化为热能，实现肿瘤部位的热消融[13]、[14]、[15]、[16]。PDT通过特定波长的光激活光敏剂，使其进入激发态，通过系间跃迁（ISC）将能量传递给分子氧（O2），产生高活性的活性氧（ROS）[17]、[18]、[19]。这些活性氧会氧化肿瘤细胞中的生物分子、膜结构和血管，最终导致肿瘤细胞破坏[20]、[21]、[22]，从而达到杀死肿瘤的目的。
化学发光（CL）介导的CL共振能量转移（CRET）来自自发的光化学反应，在光疗领域受到了越来越多的关注，因为它不需要外部能量源，并且产生的光具有较高的信噪比，适用于治疗[24]、[25]。通过激活化学/生物发光的CRET/BRET，产生的光可以在体内深处发挥作用，增强组织的穿透能力[26]、[27]。例如，CRET介导的PDT克服了外部光穿透深度的限制，实现了癌症的分子成像和治疗[28]。由此产生的ROS可以在肿瘤部位产生高效率的PDT治疗效果[29]。
大量研究表明，在特定条件下，维生素C（Vc）可以在肿瘤部位选择性地代谢生成过氧化氢（H2O2[30]、[31]、[32]。H2O2会在肿瘤细胞中引发氧化应激，导致DNA损伤、蛋白质氧化和细胞凋亡[33]。通过在肿瘤部位施用高剂量的VC，H2O2可以在肿瘤组织中积累，从而损害并杀死肿瘤细胞[34]。同时，过氧化氢酶可以催化过量的H2O2，在体内生成O2，从而解决PDT中氧气不足的问题[35]。鲁米诺（也称为发光氨）在受到活性氧（ROS）刺激时可以自发发出425纳米的蓝紫色光[36]。它具有高发光效率、低成本和良好的生物相容性，被广泛用于荧光探针、生物成像、化学发光和材料科学[37]、[38]、[39]、[40]。将鲁米诺分子结合到纳米平台上，可以在肿瘤部位实现原位化学发光（CL），从而无需外部光源[41]。此外，它还可以实时监测生物过程，有助于更深入地了解体内的动态过程和疾病发展[42]。
中空普鲁士蓝纳米立方体（PBNCs）具有多孔纳米结构、开放空间和高比表面积，是理想的药物封装纳米笼[43]。它们自身的过氧化物酶（POD）活性可以催化内源性和外源性H2O2生成O2，使其适合作为肿瘤治疗的ROS自生成药物递送系统[44]、[45]。此外，PBNCs具有优异的光热转换效率，能够在NIR光照射下实现红外热成像（ITI）引导的体内PTT。因此，通过将PBNCs、VC和鲁米诺整合到一个纳米系统中，可以结合PTT和PDT的效果，实现协同治疗。PTT产生的热量可以提高组织、血管和细胞膜的通透性，从而提高纳米颗粒的O2递送效率和细胞摄取。PDT通过破坏肿瘤的血管系统和酸性微环境，提高肿瘤对PTT的敏感性。这两种方法相互增强，提供了强大的协同效应，为多模式癌症治疗策略的开发提供了宝贵的见解。
基于此，我们设计了一种协同治疗纳米系统，该系统利用中空PBNCs作为载体，相变材料（PCM）十四醇作为封装剂，在纳米笼内封装外源光供体鲁米诺和VC（图1）。当暴露在NIR光下时，PBNCs将光能转化为热能，实现对肿瘤的PTT。当温度达到相变材料的相变点时，VC和鲁米诺分子被释放。在肿瘤部位，VC生成H2O2，氧化鲁米诺产生自发光，然后通过化学发光共振能量转移（CRET）将能量传递给光敏剂PBNCs，激活O2生成1O2用于PDT治疗。这种巧妙的设计确保了纳米平台具有很好的ROS自生成能力，以克服肿瘤微环境的缺氧问题。整个纳米医学系统可以为PDT肿瘤治疗提供必要的O2。此外，其优异的光热性能也为PTT肿瘤治疗提供了良好的基础。这两种PTT/PDT功能的结合使其成为有效的肿瘤治疗途径（图S1）。
在实际应用中，光动力疗法（PDT）存在一些显著的局限性。首先，光的有效穿透深度限制了其应用于表浅或内镜可及的病变。光的有限穿透深度限制了其在表浅或微创病变中的临床应用。深部区域的病变（如主要器官中的肿瘤）难以通过光动力疗法进行治疗，因为光难以穿透并到达受影响部位[46]。其次，光动力疗法的要素也是限制其治疗效果的因素。光动力疗法是一种临床批准的治疗方法，需要两个关键成分：（1）光敏剂（PS）可能对人体产生全身性副作用，如皮肤光敏；（2）缺氧肿瘤部位的分子氧（O?）含量较低。PDT的效果从根本上依赖于氧气，因为其治疗机制主要涉及生成细胞毒性活性氧（ROS）[47]。缺氧微环境可能无法提供足够的ROS来彻底氧化杀死肿瘤。因此，光的穿透和缺氧是后续肿瘤治疗的两个主要限制因素。通过巧妙的设计，这种治疗纳米系统能够同时克服这两个主要挑战：VC提供更多的氧气以克服缺氧；鲁米诺则可以作为持续的光源，用于后续的PDT治疗。
试剂和材料
K3[Fe(CN)6]（99.5%）、鲁米诺（98%）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP，K30）和1-十四醇（PCM，95%）购自Aladdin Reagent Co., Ltd。盐酸（HCl，37%）购自洛阳华化化工试剂有限公司。维生素C（Vc，99.99%）和叶酸（FA，97%）购自上海Macklin生化有限公司。Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）购自天津Purcell生物技术有限公司。Calcein-AM/PI双染色试剂盒和MTT购自
PBNCs@Vc@Luminol的制备与表征
首先，按照先前研究中的方法制备了实心PBNCs，然后通过盐酸（HCl）蚀刻制备了中空介孔PBNCs。这些PBNCs被用作纳米载体，通过PCM介质封装Vc和鲁米诺，构建最终的PDT系统。在制备的各个阶段，利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）分析了纳米立方体的形状和表面结构
结论
总之，我们巧妙地构建了一种具有自发光和自我供氧功能的PBNCs@Vc@Luminol纳米平台，用于高效的多模式肿瘤治疗。具有光热效应的中空PBNCs作为载体，实现了可控的药物释放和PTT功能。封装的Vc和鲁米诺分别作为PDT的氧源和光源，利用鲁米诺和PBNCs作为供体和受体，通过原位化学发光生成单线态氧（ROS）
CRediT作者贡献声明
Jinghua Li：撰写 – 审稿与编辑。Jingming Zhai：研究、概念构思。Heying Li：撰写 – 初稿、方法学。Jianfeng Bao：软件、资源。Xiaozhi Zhang：监督。利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。本研究中作者之间不存在利益冲突。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号32260237）、海南省健康科学技术创新联合计划（项目编号SQ2023WSJK0285）、2023年海南医科大学教育研究项目（项目编号HYZD(Y)202302, HYYB202306）以及海南医科大学学术提升支持计划项目（项目编号XSTS2025049, XSTS2025072）的资助。
