李凯课题组在《德国应用化学》发表低温光热疗法研究成果

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南方科技大学生物医学工程系副教授李凯课题组在小分子光热剂的机制研究及其在协同HSP70抑制策略的低温光热治疗的应用取得最新进展。研究成果以“Photoinduced Nonadiabatic Decay-guided Molecular Motor Triggers Effective Photothermal Conversion for Hyperthermia Cancer Therapy”为题发表于化学类国际顶尖期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。

      光热疗法（PTT）已成为癌症治疗的重要研究方向，然而目前传统的PTT面临诸多局限，比如无机/有机光热剂（photothermal agents, PTA）合成复杂、激光功率密度依赖较高、高温PTT易造成正常组织损伤等副作用。因此，开发新型光热剂介导的低温（43℃）PTT策略具有重要意义。在本项工作中，课题组合理地设计出一种基于光诱导非绝热衰退（PIND）效应的新型有机小分子，并利用Apoptozole（Apo）对细胞热损伤修复蛋白HSP70的表达抑制作用，实现了808 nm激光器低功率密度下的43℃高效PTT肿瘤治疗。

图1.光诱导非绝热衰退（PIND）型有机小分子的光物理性质及其工作原理。

       生物医学工程系、前沿与交叉科学研究院研究副教授倪侦翔介绍，此次研制的新型有机小分子是一种亚胺基分子马达，该类亚胺基分子马达在受到激光照射而跃迁到激发态时，会受到较强的分子内扭曲电荷转移（TICT）效应的影响，这种影响有助于其通过圆锥交叉（CI）过程，以非辐射衰退的方式释放能量回到基态，而此过程可被视为一种光诱导非绝热衰退（PIND）现象。相较于商业化探针ICG，该类激发态分子几乎无荧光的释放，因此能更完善地将光能转换成热能，实现高达90%的光热转换效率。

图2. C6TI/Apo-Tat NPs介导的低温PTT肿瘤治疗。(a) 808nm激光器（0.5 W cm-2）照射小鼠肿瘤部位随时间变化的温度曲线图；(b) 不同治疗组肿瘤大小随时间变化的肿瘤生长曲线；(c) 不同治疗组第14天解剖所得肿瘤照片；(d) 原位肿瘤组织切片的HSP70免疫组化和TUNEL染色分析，标尺= 100 μm 。

       在动物实验方面，课题组通过纳米沉淀法和细胞穿膜肽的表面修饰，构建出热响应肿瘤细胞递送系统，并且以裸鼠的4T1皮下移植瘤作为肿瘤模型，研究C6TI/Apo-Tat 纳米微粒介导的低温PTT肿瘤治疗效果。如图2a所示，小鼠尾静脉注射C6TI/Apo-Tat 8小时后，使用808 nm激光器（0.5 W cm-2）照射小鼠，肿瘤部位快速升温至43℃，并达到平台期保持稳定。以此功率分别进行C6TI/Apo-Tat和C6TI-Tat介导的PTT肿瘤治疗，结果显示C6TI/Apo-Tat对肿瘤的治疗效果显著优于C6TI-Tat，且C6TI/Apo-Tat治疗组肿瘤复发明显低于C6TI-Tat治疗组（图2b、2c）。通过对两个治疗组原位肿瘤组织切片HSP70免疫和TUNEL组化染色分析（图2d），课题组发现热触发释放的Apo可有效抑制肿瘤部位细胞热损伤修复蛋白HSP70的表达，导致C6TI/Apo-Tat介导的低温PTT肿瘤细胞凋亡率显著高于C6TI-Tat治疗组，证明了该联合治疗策略的有效性。因此，本研究开发出新型高效光热转换分子马达，避免了传统光热剂需要引用长烷基链或复杂取代基的合成方式，结合对热损伤修复蛋白HSP70表达的抑制机理，有效突破了传统高温PTT治疗的局限性，为小分子高效光热剂的开发提供了新思路。
       南方科技大学为论文第一通讯单位，倪侦翔为论文第一作者，李凯为唯一通讯作者，课题组成员杨光、康天怿、查梦蕾、李迓曦等为共同作者。研究得到国家自然科学基金及深圳市基础研究计划等项目的资助。
       论文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002516
       文章来源：南方科技大学
      李凯，现任南方科技大学生物医学工程系副教授，博士生导师。主要研究方向为新型分子探针与纳米探针的开发及其在肿瘤诊疗与再生医学中的应用。李博士于2011年在新加坡国立大学获得博士学位，对共轭聚合物纳米微粒作为新型荧光探针在生物医学方面的应用做了系统的研究，并获得了国家优秀自费留学生奖学金。随后加入新加坡科技研究局材料与工程研究院任研究科学家，2013年获得新加坡科技研究局年轻研究员职业发展奖，2015-2017年作为访问学者加入斯坦福大学医学院分子影像中心进行合作研究。李博士在相关研究领域有着多年的学术积累，开发的新型荧光纳米微粒及细胞示踪剂被Nature杂志以‘The nanolight revolution is coming’为专题进行过报道，迄今申请PCT专利4项，授权新加坡专利1项，共发表学术论文60余篇，被包括Nature, Science Translational Medicine, Chemical Reviews, Chemical Society Reviews在内的学术期刊引用超过6,400次(Web of Science)，其中单篇引用超过100次的论文13篇，当前H-index为42。