内容提要
酞菁锌(ZnPc)光敏剂(PSs)具有长波吸收强(650 ~ 750 nm)、高三态量子产率和生物相容性等优点，在光动力治疗(PDT)领域具有广阔的应用前景。然而，ZnPc PSs的临床应用因其较差的溶解度和在水环境中聚集的倾向而受到限制。在这里，作者报道了一种新的纳米级金属-有机层(nMOL)组件的设计，ZnOPPc@nMOL, ZnOPPc [ZnOPPc =锌(II)2,3,9,10,16,17,23,24-octa(4-羧基)酞菁]。PSs支持在一个Hf12nMOL的二级建筑单元(SBUs)上用于PDT。在辐照条件下SNU结合的ZnOPPc PSs吸收700 nm光，通过阻止ZnOPPc激发态的聚集诱导自猝灭，有效地敏化单线态氧的形成。ZnOPPc@nMOL具有内在的线粒体靶向能力，在两种结肠癌小鼠模型上表现出出色的PDT疗效，>的肿瘤生长抑制率为99%，治愈率为40 - 60%。
ZnOPPc在二甲基亚砜(DMSO)中的紫外可见光谱显示了ZnPc的三个特征峰。λmax = 370 nm处的b带峰属于π−π*过渡峰，摩尔消光系数(ε)为147 200 M−1cm−1，比5,10,15,20-四环素(对苯并唑)卟啉(H4TBP)47和5,10,15,20-四环素(对苯并唑)氯化物(H4TBC)低2 ~ 3倍。这一差异可能减轻ZnOPPc的光敏副作用。λmax= 628 nm处的能带峰为ε = 61 000 M−1 cm−1的n−π*跃迁峰，λmax= 697 nm处的能带峰为ε= 343 600 M−1cm−1.与H4TBP相比，ZnOPPc在697 nm处的Q波段峰值不仅具有更长的吸收波长，具有更好的组织穿透性，而且ε值也明显更高，这是因为Pc缺乏a1u和a2u轨道的近简并性，以及相关电子构型的混合，导致卟啉中转变偶极矩的取消。
以三氟乙酸(TFA)和水为调制剂，在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中加热HfCl4和h2db - Ir - f合成Hf12-Ir nMOL。ZnOPPc@nMOL由ZnOPPc和Hf12-Ir nMOL的混合物在DMF/乙醇(2:1)中在室温下大力搅拌合成。通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和紫外-可见吸收光谱(UV - visible absorption spectroscopy)测定ZnOPPc负载为14.9 wt %，对应ZnOPPc:Hf12SBU的比例为1.1:1。
透射电子显微镜(TEM)成像显示ZnOPPc@nMOL与Hf12- Ir nMOL 保持相同的单层形态。原子力显微镜(AFM)显示了Hf12- Ir 和ZnOPPc@nMOL的单层结构，其厚度分别为1.8 nm和3.5 nm，这与TFA配体覆盖的Hf12 SBUs和ZnOPPc的模型高度一致。此外，ZnOPPc@nMOL的紫外-可见光谱显示了ZnOPPc和Hf12- Ir 的特征峰。动态光散射(DLS)显示，ZnOPPc@nMOL的平均尺寸为156.2±6.4 nm，多分散指数为0.10，在133.2±8.0 nm处略大于Hf12-Ir的nMOL。Hf12- Ir 的阳离子框架具有+36.3±0.7 mV的高正zeta电位，而ZnOPPc@nMOL具有−19.3±1.0 mV的负zeta电位，与安装带负电荷的ZnOPPc一致。ZnOPPc@nMOL的粉末x射线衍射(PXRD)模式也与裸nMOL的实验和模拟PXRD模式吻合良好。在37 ℃或700 nm LED照射下孵育后，用PXRD和DLS验证了ZnOPPc@MOL在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中的稳定性。
共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)成像显示，Hf12- Ir 在小鼠结直肠癌MC38细胞线粒体中呈时间依赖性富集。线粒体用MitoTracker Red CMXROS标记，Hf12- Ir nMOLs用DBB-IrF内禀荧光检测。nMOL孵育15分钟后，大部分Hf12- Ir 荧光位于线粒体外，可能被内溶酶体吸收并捕获。从30分钟到2小时，线粒体外的Hf12- Ir荧光减弱，而线粒体和Hf12- Ir 信号之间的共定位增加，这与之前关于正电荷纳米颗粒靶向线粒体的报道一致。令人惊讶的是，作者在孵育30分钟后用MitoTracker观察到ZnOPPc@nMOL的共定位，这可能是由于ZnOPPc质子化后ZnOPPc@nMOL的表面电荷逆转，而不是ZnOPPc的部分释放。在pH = 4的酸性缓冲液中测量ZnOPPc@nMOL的正ζ电位为+21.5±0.3 mV，这模拟了内溶酶体/溶酶体的酸性环境，支持了这一假设。2 h时，ZnOPPc@nMOL和Hf12-Ir nMOL与MitoTracker共定位的Pearson 's系数分别为0.838和0.979。高频ICP-MS分析支持nMOLs有效转运到线粒体。PDT处理ZnOPPc@ nMOL后8小时(100 mW/cm2, 10 min;“+”和“−”分别表示有光照射和没有光照射)，CLSM观察到线粒体膜电位去极化和细胞色素c的释放，表明ZnOPPc@ nMOL PDT处理线粒体的破坏。
然后，作者研究了在nMOL SBUs上分离ZnOPPc PSs是否能促进ROS的产生和扩散，并增强细胞摄取，从而产生更强的细胞毒作用。单线态氧传感器绿(SOSG)检测显示，ZnOPPc@nMOL在试管和体外中明显增强了ZnOPPc的1O2生成，表明ZnOPPc PSs偶联在nMOL上减少了聚集诱导的自猝灭。ZnOPPc在含血清的培养基中具有少量可溶性和严重聚集。结果，ZnOPPc@ nMOL的细胞摄取比ZnOPPc高12倍。由于ZnOPPc@ nMOL(+)增强的1O2生成、高细胞摄取和强的线粒体靶向作用，ZnOPPc@ nMOL(+)具有高细胞毒性，IC50为0.11μM(而ZnOPPc(+)在浓度为10 μM时，对细胞增殖没有抑制作用，也没有引起细胞形态变化。
流式细胞仪和CLSM检测pdt诱导的MC38细胞凋亡和免疫原性细胞死亡。Annexin V和碘丙啶(PI)染色显示ZnOPPc@nMOL(+)细胞凋亡比其他组更严重。ZnOPPc@ nMOL(+)组也表现出更强的calreticulin表面易位，这是免疫原性细胞死亡(ICD)期间的“eat-me”信号。钙网蛋白表面暴露可吸引骨髓细胞进行吞噬和抗原呈递，促进免疫应答。
ZnOPPc@nMOL的体内PDT疗效在皮下MC38荷瘤小鼠C57BL/6和CT26荷瘤小鼠BALB/c上进行了评估。Hf12- Ir nMOL和ZnOPPc@nMOL在给药前peg化。以ZnOPPc当量剂量0.1μmol (DBB-Ir-F当量剂量0.5μmol)静脉注射ZnOPPc、Hf12- Ir 和ZnOPPc@nMOL后，用700nm LED照射肿瘤部位，总光剂量为90 J/cm2 (100 mW, 15 min)。ZnOPPc@ nMOL(+)组对MC38和CT26模型的肿瘤生长抑制(TGI)分别为99.1%和103.8%，显示出优异的抗癌效果。在MC38和ct26荷瘤小鼠中，5只小鼠中分别有2只和3只无肿瘤。ZnOPPc(+)中度抑制肿瘤生长，TGIMC38为59.6%，TGICT26为37.7%，而Hf12-Ir(+)对肿瘤生长的影响最小，TGIMC38为35.6%，TGICT26为10.0%，差异无统计学意义。TUNEL和CRT染色分别显示ZnOPPc@nMOL(+)肿瘤严重凋亡和明显CRT表面易位(ZnOPPc@nMOL(+)治疗导致严重坏死，肿瘤切片H&E染色可见。ZnOPPc@nMOL(+)因此表现出明显的抗肿瘤活性，产生较强的ICD，导致良好的PDT疗效。所有治疗组小鼠体重均呈现稳定趋势，主要器官切片畸变最小，表明缺乏一般毒性。因此，Hf12- Ir nMOL是一种具有生物相容性的高效PSs纳米递送平台，其治疗效果显著增强。
结论
总之，作者报道了在阳离子Hf12- Ir nMOLs的SBUs上分离ZnOPPc PSs，以防止激发PSs的聚集诱导自猝灭并靶向线粒体。结果，ZnOPPc@nMOL表现出明显增强的1O2生成和极好的抗癌功效。这项工作证明了使用nMOLs提供具有非理想物理化学和药代动力学性质的高效PSs用于有效的PDT治疗癌症的潜力。
参考文献
Nanoscale Metal−Organic Layer Isolates Phthalocyanines for Effiffifficient Mitochondria-Targeted Photodynamic Therapy . Geoffffrey T. Nash, Taokun Luo, Guangxu Lan, Kaiyuan Ni, Michael Kaufmann, and Wenbin Lin*，J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 2194−2199. https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c12330
