光疗作为一种非侵入性和时空选择性的肿瘤治疗方法，近年来在肿瘤治疗中引起了广泛关注。焦亡是一种程序性细胞死亡的炎症形式，可有效抑制肿瘤生长，提高抗癌免疫能力。但传统光敏剂往往诱导的是细胞凋亡，导致其对肿瘤细胞的杀伤作用有限。近期，陕西师范大学赵娜课题组通过分子工程策略设计合成了一种质膜和线粒体双靶向的聚集诱导NIR-II发射的光敏剂（DPITQ），其在635 nm激光照射下具有优异的活性氧生成能力和高的光热转换效率，导致细胞膜的破裂以及线粒体的损伤，并诱导肿瘤细胞发生焦亡和凋亡，实现肿瘤的高效治疗。

DPITQ的设计理念及其生物应用

DPITQ的最大发射峰位于1048 nm(NIR-II区)，为其在体内生物成像应用提供了可能。在635 nm激光照射下，DPITQ表现出优异的I型和II型ROS生成能力，且具有较高的光热转换效率（43%）。这些结果表明DPITQ在乏氧的恶性肿瘤治疗中具有潜在价值。

DPITQ的光物理性质

DPITQ良好的亲脂性有助于其部分插入疏水性磷脂双分子层。相比于正常细胞，肿瘤细胞具有更负的质膜和线粒体膜电位。这些因素共同促使阳离子型光敏剂DPITQ靶向肿瘤细胞，并通过静电作用富集在质膜和线粒体中。在细胞成像中，DPITQ荧光信号清晰可见，且背景干扰较低，具有长时间的质膜和线粒体的双靶向成像能力。

DPITQ对质膜和线粒体的双靶向能力

使用GFP标记的U-87 MG细胞作为指示细胞，HeLa和CHO细胞作为癌细胞和正常细胞代表。在DPITQ染色后，混合U-87 MG和HeLa细胞中全部显示出红色荧光，而混合U-87 MG和CHO细胞中只有U-87 MG细胞显示出红色荧光，证实DPITQ能够选择性地富集在癌细胞中。

DPITQ对癌细胞靶向成像能力

635 nm激光照射下，DPITQ在细胞内能有效产生I型和II型活性氧，导致细胞膜破裂以及线粒体的损伤。

光敏化的DPITQ损伤细胞质膜及线粒体

细胞死亡途径抑制以及蛋白质免疫印迹等实验证实，DPITQ介导的光疗诱导细胞死亡途径主要为焦亡和凋亡。在635 nm激光照射下，DPITQ产生大量活性氧，激活caspase-1，进而将GSDMD切割成GSDMD-N，GSDMD-N转移至细胞膜并形成膜孔，从而诱导细胞焦亡。此外，活性氧还激活p53，使线粒体相关蛋白Bax表达上调且Bcl-2表达下调，促使caspase-9的释放以及caspase-3的裂解，最终诱导线粒体介导的细胞凋亡。

光敏化的DPITQ诱导焦亡和凋亡

经DSPE-mPEG2000包裹后的DPITQ纳米粒子具有较强的NIR-II发射和良好的生物相容性，适用于深层NIR-II荧光成像。在裸鼠体内，DPITQ纳米粒子显示出清晰的NIR-II荧光信号和较高的成像信噪比。在荷瘤小鼠模型中，DPITQ纳米粒子具有良好的肿瘤靶向能力和光热转换效率，并展现出优异的抗肿瘤疗效，且副作用较小。

DPITQ纳米粒子的生物成像及抗肿瘤能力

这项研究表明，质膜和线粒体双靶向的光敏剂DPITQ可有效激活肿瘤细胞焦亡和凋亡。DPITQ良好的肿瘤靶向NIR-II成像能力、优异的生物安全性和强大的多模态抗肿瘤能力使其在临床应用中具有较大潜力。值得一提的是，调节阳离子型光敏剂亲脂性的分子设计策略，有望为激活多重死亡途径的细胞器靶向AIE光敏剂的研究提供新思路。

该成果以“Molecular Engineering of Plasma Membrane and Mitochondria Dual-Targeted NIR-II AIE Photosensitizer Evoking Synergetic Pyroptosis and Apoptosis”为题发表在《Advanced Materials》上，该论文第一作者为陕西师范大学博士研究生庄家宝和硕士研究生马喆东，通讯作者为赵娜教授。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309488

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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