本文介绍的是上海交通大学生物医学工程学院魏勋斌教授课题组基于FDA批准的光敏剂，开发了具有增强活性氧产生能力的二元有机纳米颗粒，从而实现肿瘤细胞的有效杀伤，该工作发表在《Journal of Innovative Optical Health Sciences》期刊。

Binary organic nanoparticles with enhanced reactive oxygen species generation capability for photodynamic therapy

Xiaofu Weng, Zhouzhou Bao, and Xunbin Wei

研究背景

光动力治疗（PDT）被广泛应用于肿瘤治疗领域，其通过光激发光敏剂产生活性氧以杀死肿瘤细胞。目前，FDA批准的光敏剂，包括卟啉在内，都是有机小分子。有机小分子将不可避免地面临聚集荧光淬灭（ACQ）和缺乏肿瘤靶向能力等问题。分子大小在20-200nm之间的纳米颗粒因其得到增强的穿透效应和肿瘤留置效应，其可以用作为靶向肿瘤的化学材料。

本文报道了一种克服卟吩分子ACQ效应的新策略，即通过用卟吩掺杂AIE分子形成具有生物相容性、高ROS产率和荧光增强的二元纳米颗粒。这种纳米颗粒可以通过混合Ce6和AIE分子TPE-Br合成得到。本文的实验结果证明了该策略的可行性和有效性，这使该纳米颗粒具有很大的临床应用潜力。

内容简介

本文对首先对二元纳米颗粒（BONPs）的合成流程作了简明的阐述，其次介绍了减少Ce6的ACQ效应、增加ROS产率的相关策略，并通过实验表征了纳米颗粒的吸收光谱和ROS产率。本文又进一步地将该纳米颗粒应用于光动力治疗。通过细胞实验，检验纳米颗粒的细胞毒性和光动力治疗效果。实验结果证明在细胞层面上该BONPs具有较低的细胞毒性，而相对地光动力治疗效果显著。

图文导读

1.BONPs合成流程及性能表征

图1：（a）BONPs合成流程 （b）Ce6 NPs及BONPs粒径（d）不同Ce6/TPE-Br比例条件下BONPs荧光强度

BONPs合成需分别将0µL、200µL、400µL TPE-Br溶液（2400µM）加入到200µLCe6溶液中（200µM），然后在溶液中加入DSPE-mPEG以及2µL THF。混合物进一步稀释至20mL超纯水中并超声振荡2min，然后通过搅拌过夜使溶液中的THF蒸发获得BONPs。形成的BONPs粒径大约为43nm，可以较好地通过EPR效应靶向至肿瘤组织。通过图一d可知，随着TPE-Br浓度的不断提高，BONPs在680nm处的荧光强度不断加强。

图二：溶液中ABDA光谱图(a) TPE-Br NPs（b）Ce6 NPs（c）Ce6+TPE-Br (1:12) NPs（d）Ce6+TPE-Br (1:24) NPs（e）24小时内Ce6+TPE-Br (1:24)的吸收稳定性（f）在光照条件下，Ce6 NPs, Ce6+TPE-Br (1:12) NPs和Ce6+TPE-Br (1:24) NPs的ABDA降解速率曲线。

本文通过ROS指示剂ABDA测量在光照条件下纳米颗粒产生的ROS。由图二c，d可知，TPE-Br分子的加入使得纳米颗粒的ROS产率增加。由图二f可知，Ce6/TPE-Br为1：24时，纳米颗粒的ROS产率约为纯Ce6纳米颗粒ROS产率的三倍。即TPE-Br的加入会使得ROS产率增加，这一特性使得BONPs更加适合于光动力治疗。

2.光动力治疗

图三：BONPs纳米颗粒光动力治疗。（a）与BONPs共孵育24-48H后通过CCK8检测Hela细胞活性。（b）与BONPs孵育后HeLa细胞的PDT试验。 Light：Hela细胞未孵育任何光敏剂并用白光照射。 PS:仅用Ce6或BONPs孵育，未接受任何光照的细胞。 PDT：细胞与Ce6或BONPs孵育，同时使用光照射处理。

在研究BONP光动力治疗效果之前，本文先就BONPs的生物相容性进行了相关实验。通过图三a可知在0-3uM的浓度范围内与细胞共孵育48H，Hela细胞活性基本未受影响，说明BONPs本身具有优良的生物相容性。

最后本文将BONPs应用于肿瘤细胞的光动力治疗。BONPs在体外与Hela细胞共孵育12h，然后通过功率密度为100mW/cm²的白光光源照射Hela细胞，并在体外完成光动力治疗。通过Calcein-AM and PI混合染色，分辨各组活细胞/死亡细胞分布情况。由图三B可知，由BONPs产生的活性氧将细胞完全杀死，而对照组并未捕捉到PI信号，因而可以认为，BONPs具有较高的活性氧产率，并且材料本身没有太大的生物毒性，可以作为又一种潜在的光动力治疗药物。

通讯作者简介

魏勋斌，国家杰出青年基金获得者，北京大学医学部教授（博雅教授），北京大学肿瘤医院双聘教授，SPIE（国际光学工程学会）Fellow（会士）。1993年于中国科技大学物理系光电子技术专业获学士，1999年获美国加州大学Irvine分校生物物理学博士，1999-2001年在哈佛大学医学院从事博士后研究。2001-2006年任哈佛大学医学院研究助理教授。2006年回国，任复旦大学生物医学研究院研究员、副院长，化学系教授，2011-2018担任上海交通大学生物医学工程学院长聘正教授，智慧医疗仪器系主任。共发表NATURE、PNAS等SCI论文100余篇，他引4000余次。获得国家三类医疗器械注册证一项， 国内外专利十余项。2014年国家杰出青年基金获得者，SPIE（国际光学工程学会）Fellow（会士），中国生物医学工程学会生物医学光子学分会主任委员，中国仪器仪表学会医疗仪器分会副理事长，中国光学学会激光医学专业委员会副主任，中国光学学会生物医学光子学专业委员会常委。受邀担任细胞分析领域期刊Cytometry Part A (影响因子3.71)的副主编，国家基金委医学部和信息学部会评专家。主要研究肿瘤的光学成像检测与细胞操纵技术及老年痴呆症光疗方法。