单线态氧余辉纳米探针用于抗癌疗效监测

癌症免疫疗法是通过人体自身的免疫系统来杀死癌细胞，已经成为癌症治疗的一种新范式。尽管最近临床上癌症免疫疗法取得了一些成功，但仍然只有一小部分癌症患者能从中获益。其中一个主要原因是癌细胞突变率高、免疫原性低，抗原提呈细胞对其识别能力差，从而逃避免疫应答。

活性氧 (ROS) 诱发的免疫原性细胞死亡 (ICD) 相关的免疫原性是对抗免疫功能失调微环境的有效途径，从而激发强大的抗肿瘤免疫反应。然而，在癌症治疗期间未知的ROS剂量可能导致不良的免疫反应 (如ICD不足、对正常组织或免疫系统的毒性等)。

近日，湖南大学张晓兵教授（点击查看介绍）团队开发了一种新型有机余辉纳米探针（PFODBT@CPPO），通过近红外余辉发光可视化检测癌症治疗过程中PFODBT@CPPO自身产生的活性氧（单线态氧，¹O₂），实现了对癌症治疗效果的监测。

图1. PFODBT@CPPO余辉发光机制。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

在该余辉体系中，聚合物PFODBT扮演了三个关键角色：(1) 吸收光能并将其转化为¹O₂ 的余辉引发剂；(2) 与¹O₂反应生成噻吩-二氧杂环丁烷高能中间体的余辉底物；(3) 通过CIEEL从高能中间体接受能量，并以近红外发光的形式逐渐释放能量的余辉中继单元。CPPO 作为余辉放大剂，增加了¹O₂ 的产生并产生了二氧杂环丁烷高能中间体，导致后续更强的余辉发光。在余辉发光期间，PFODBT和CPPO在辐照后产生的¹O₂通过 π²-π²环加成反应加成到PFODBT 的 S-C 键上，形成噻吩-二氧杂环丁烷中间体 （路径 I）；也会与 CPPO 反应生成二氧杂环丁烷中间体 （路径 II）。这些高能中间体不稳定，会发生O-O 键断裂，从而通过 CIEEL 机制将邻近的 PFODBT 激活为激发态的 PFODBT (PFODBT*)。然后，PFODBT*从激发单线态 (S₁) 弛豫到基态 (S₀)，同时发射近红外余辉。同时，PFODBT*也会经历从S₁到激发三重态 (T₁) 的系统间穿越 (ISC)，并与O₂反应生成额外的¹O₂。最后，该过程中产生的¹O₂参与后续的余辉发光，并进一步通过双循环放大途径激发更多的PFODBT和CPPO，从而使近红外余辉发光得到极大增强。

图2. PFODBT@CPPO余辉发光监测单线态氧产生和抗癌疗效。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

值得一提的是，PFODBT@CPPO 产生的单线态氧 (¹O₂) 不仅通过参与双循环放大途径增强余辉信号，还可以提高细胞内氧化应激水平。细胞内氧化应激水平的提高进一步诱发肿瘤细胞免疫原性死亡，该死亡形式伴随着损伤相关分子模式（DAMPs）的释放，可以增强肿瘤细胞的抗原性并引起免疫应答。因此，该纳米探针余辉信号与 ¹O₂ 的生成和癌症抑制率具有很好的相关性。总之，该工作设计开发了一种简便、无创的抗癌疗效监测策略，这对改善个体预后、降低毒性的精准免疫治疗具有重要意义。

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，文章的第一作者是湖南大学博士研究生王友娟。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Cyclic Amplification of the Afterglow Luminescent Nanoreporter Enables to Predict Anti-cancer Efficiency

Youjuan Wang, Guosheng Song, Shiyi Liao, Qiaoqiao Qin, Yan Zhao, Linan Shi, Kesong Guan, Xiangyang Gong, Peng Wang, Xia Yin, Qian Chen, Xiao-Bing Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202104127

导师介绍

张晓兵

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