《Materials Today Bio》：Locally injectable visible light-cured carboxymethyl chitosan hydrogels with indocyanine green-methyl-β-cyclodextrin for breast cancer phototherapy
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化疗是治疗三阴性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）的主要手段，但常伴随严重的全身毒性。一种可注射至肿瘤内的水凝胶系统，结合光热治疗（Photothermal Therapy, PTT）与光动力治疗（Photodyn
化疗是治疗三阴性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）的主要手段，但常伴随严重的全身毒性。一种可注射至肿瘤内的水凝胶系统，结合光热治疗（Photothermal Therapy, PTT）与光动力治疗（Photodynamic Therapy, PDT），有望克服上述系统性毒性。在此，研究人员开发了一种含吲哚菁绿-甲基-β-环糊精包合物（Indocyanine Green-Methyl-β-Cyclodextrin Inclusion Complex, ICG-ic-CD）的可见光固化羧甲基壳聚糖甲基丙烯酸酯（Carboxymethyl Chitosan Methacrylate, CMCSMA）水凝胶，作为一种用于光触发TNBC治疗的注射疗法。体外细胞活力结果显示，ICG与Me-βCD的包合物提高了光稳定性并防止了光诱导降解，其中含200 μg/mL ICG-ic-CD（ICG200-ic-CD）的水凝胶具有良好的生物相容性，并展现出光触发的TNBC治疗效果。此外，各种CMCSMA/ICG200-ic-CD水凝胶在体外和体内均表现出优异的光热/光动力联合治疗效果。这些发现表明，由CMCSMA和200 μg/mL ICG-ic-CD组成的水凝胶（CMCSMA/ICG200-ic-CD）拥有最佳的交联密度，能够实现方便注射并使ICG-ic-CD有效扩散至肿瘤组织。此外，此处描述的可见光固化CMCSMA水凝胶系统作为一种多功能局部药物递送平台，在化疗、激素治疗和基因治疗等多种癌症治疗中展现出广阔前景，因为该系统的药物和生物分子的负载与释放可有效控制。
三阴性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）缺乏雌激素受体（Estrogen Receptor, ER）、孕激素受体（Progesterone Receptor, PR）和人表皮生长因子受体2（Human Epidermal Growth Factor Receptor 2, HER2）表达，主要依赖化疗，但化疗往往导致严重的全身毒性并限制剂量强度。局部药物递送（Local Drug Delivery, LDD）相较于全身递送能提供受限部位暴露和更高的肿瘤内药物浓度，其中注射型水凝胶因其微创给药和原位固化特性而成为理想的局部持续治疗平台。然而，现有光固化水凝胶虽具备快速凝胶化和精确时空控制优势，但在药物释放调控及光敏剂稳定性方面仍面临挑战。吲哚菁绿（Indocyanine Green, ICG）作为一种FDA批准的光热剂，其临床效用受限于聚集、光漂白及快速清除。因此，研究人员致力于开发一种局部注射、可见光固化的CMCSMA水凝胶负载吲哚菁绿-甲基-β-环糊精包合物（ICG-Me-βCD Inclusion Complex, ICG-ic-CD），旨在通过结合光热与光动力效应，实现TNBC的局部治疗，同时通过调节交联密度控制释放，最小化全身毒性。该研究旨在验证这一策略在提高ICG稳定性、延长肿瘤滞留时间及优化协同治疗效果方面的可行性。
为开展此项研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过化学修饰将甲基丙烯酸酐引入羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl Chitosan, CMCS）制备CMCSMA，并利用紫外-可见光谱（Ultraviolet-Visible Spectroscopy, UV-Vis）、核磁共振氢谱（
1H Nuclear Magnetic Resonance,
1H NMR）及傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared, FTIR）证实ICG与甲基-β-环糊精（Methyl-β-Cyclodextrin, Me-βCD）形成包合物。其次，配置不同浓度CMCSMA（4-8 wt%）与ICG-ic-CD的前体溶液，利用核黄素作为光引发剂，通过可见光照射（430-485 nm）调节交联密度。体外研究采用小鼠4T1 TNBC细胞系，通过CCK-8试剂盒检测细胞活力，DCFH-DA染色结合共聚焦显微镜评估活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）生成。体内研究使用4T1细胞荷瘤的雌性Balb/c小鼠模型（样本队列来源为4T1皮下移植瘤模型），通过肿瘤内注射水凝胶并进行近红外（Near-Infrared, NIR, 808 nm）激光照射，利用小动物成像系统进行NIR荧光成像以评估生物分布与滞留，红外热成像监测肿瘤温度变化，并通过苏木精-伊红染色（Hematoxylin and Eosin, H&E）分析组织学变化。
在3.1节“体外评估不同ICG-ic-CD浓度水凝胶的光触发TNBC治疗”中，研究人员通过UV-Vis光谱证实ICG与Me-βCD的包合导致710 nm处H-聚集体峰降低，780 nm单体峰增强，表明包合物抑制了ICG的二聚化。温度测试显示，ICG-ic-CD在150 μg/mL以上浓度能迅速升温至59.7-63.7°C并维持稳定，优于游离ICG的光稳定性。细胞实验表明，200 μg/mL ICG-ic-CD在无光照下生物相容性良好（活力>80%），光照下通过产生ROS显著降低细胞活力，故选定200 μg/mL为后续研究浓度。
在3.2节“CMCSMA/ICG200-ic-CD水凝胶的溶胀率、流变特性、压缩强度、注射力及释放曲线”中，研究人员发现CMCSMA浓度越高、固化时间越长，水凝胶溶胀率越低，储能模量（Storage Modulus, G′）和损耗模量（Loss Modulus, G″）越高，压缩强度和注射力随之增加。释放动力学显示，较高的交联密度显著抑制了ICG-ic-CD的释放，证明光引发交联可有效调节治疗剂的可利用性。
在3.3节“体外评估CMCSMA/ICG200-ic-CD水凝胶的光触发TNBC治疗”中，研究指出固化时间短（≤60 s）的水凝胶在光照下温度更高（>56°C），而长固化时间（120 s）导致温度较低（49-53°C），表明过度交联降低了光热效率。ROS生成与细胞活力结果一致，交联度较低的水凝胶释放更多ICG-ic-CD，导致更高的ROS生成和细胞死亡。综上所述，固化10 s、浓度4-8 wt%的水凝胶在光热效率、ROS产生和细胞毒性之间达到最佳平衡。
在3.4节“CMCSMA/ICG200-ic-CD水凝胶体内TNBC光热评估”中，研究人员通过体内热成像证实，注射水凝胶的小鼠在24 h和48 h内的肿瘤温度均高于对照组，且高于游离ICG组，表明水凝胶基质增强了ICG-ic-CD的保留和持久光热效应。
在3.5节“CMCSMA/ICG200-ic-CD体内NIR成像与生物分布”中，NIR荧光成像显示，4-6 wt%水凝胶组的荧光信号在48 h内逐渐减弱，而7-8 wt组保持相对稳定，表明交联密度调控ICG释放。体外生物分布分析确认肿瘤内荧光强烈，而低交联组肠道出现荧光，提示部分ICG进入系统性循环，高交联组则无明显其他器官荧光，证实高密度网络能有效限制ICG扩散。
在3.6节“CMCSMA/ICG200-ic-CD水凝胶的抗癌效果”中，体内治疗效果评估显示，固化10 s的CMCSMA/ICG200-ic-CD水凝胶配合NIR照射，在2天内实现肿瘤完全消失。而高浓度或长固化时间组出现肿瘤复发，证实适度交联有助于平衡保留与治疗覆盖。体重监测和血液生化分析（AST/ALT）未显示明显全身毒性，H&E染色显示照射组肿瘤广泛坏死和纤维化。
在讨论部分，研究人员对比了现有热敏、pH响应及离子触发水凝胶，强调本研究可见光固化CMCSMA系统的独特优势在于可通过聚合物浓度和固化时间同时调节机械性能、肿瘤内滞留和释放行为。研究指出，虽然高交联度提高保留率，但过度交联会限制光活性ICG的功能可用性。结论部分总结道，CMCSMA浓度为4-6 wt%、可见光固化时间为10-60 s的CMCSMA/ICG200-ic-CD制剂在可注射性、机械强度和疗效方面表现出最佳组合，是TNBC光热和光动力治疗的有前景的注射平台。然而，由于可见光和NIR光穿透深度有限，该系统最适用于浅表肿瘤、术后瘤床或通过间隙光纤可及的病变。
