内容提要
光动力疗法(PDT)的性能取决于光敏剂(PSs)的溶解度、药代动力学行为和光物理性质。然而，具有强活性氧生成效率的高共轭PSs在水环境中的溶解性较差和聚集性，导致PDT性能不好。本文报道了一种在 Hf12-QC（QC = 2″,3'-二硝基-[1,1':4',1”;4'',1’”-四联苯]-4,4'”-二羧酸酯）纳米级金属-有机框架ZnP@Hf-QC中的空间受限的(ZnP)PSs。ZnP@Hf-QC避免了聚集诱导的ZnP激发态猝灭，显著增强了光照射下ROS的生成。ZnP@Hf-QC介导的PDT具有更高的细胞摄取、增强的ROS生成和更好的生物相容性。凭借高的细胞摄取、增强的 ROS 生成和更好的生物相容性，ZnP@Hf-QC 介导的 PDT 表现出0.14μM 的IC50，并在两种鼠类结肠癌模型上实现了超过 99% 的肿瘤生长抑制和 80% 的治愈率。
结果与讨论
Hf-QC是通过 HfCl4和H2QC在 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸和水的混合物中在 80°C下进行溶剂热反应合成。Hf-的透射电子显微镜 (TEM) 成像QC显示出直径约为150nm 的六边形纳米板形态，而原子力显微镜 (AFM)显示板厚度约为 64 nm。 Hf-QC 的的粒径为 167.1 ± 2.9 nm。ZnP@Hf-QC的HRTEM图(和PXRD图支持ZnP加载后Hf-QC结构的维持。ZnP@Hf-QC显示的负ζ电位为- 24.0±1.5 mV，高于Hf-QC的- 22.1±0.7 mV，这与Hf-QC的孔隙中加载带负电荷的ZnP相一致。QC和ZnP的存在是通过其特征的UV-Vis和1HNMR信号在ZnP@Hf-QC中确认。ZnP@Hf-QC在37℃磷酸盐缓冲盐水(PBS)或DMEM中孵育24 h后，通过PXRD和DLS证明其稳定性。
采用与之前报道的Zr12QPDC (QPDC =对四元苯二甲酸酯)相同的hcp拓扑结构。Hf-QC的高分辨率TEM (HRTEM)成像和快速傅里叶变换(FFT)图显示了2.3 nm的晶格点距离，并显示了6倍对称，与Zr12QPDC模型的结构吻合良好。1HNMR分析消化的Hf-QC显示 OAc与QC的比例为0.11:1，对应于每个SBU大约缺失0.5个Qc。Hf-QC的TGA显示，在300 ~ 800°C区域的重量损失为39.4%，与每个SBU有0.5个连接缺陷的Hf-QC的预期值37.9%相匹配。Hf-QC分子式为Hf12(μ3O)8(μ3−OH)8(μ2−OH)6(QC)8.5(OAc)。ZnP@Hf-QC是通过将ZnP和Hf-QC的混合物在DMF中在70℃下加热24小时合成的。ZnP在ZnP@Hf-QC中的加载通过ZnP特有的紫外可见(UV - vis)和红外(IR)峰的存在得到证实。紫外-可见光谱和ICP-MS显示ZnP@Hf-QC中ZnP的负载量为13.6 wt %，对应于ZnP与Hf12SBU的比值为0.68:1.1。ZnP@Hf-QC的TGA显示，在300 ~ 800°C区域失重36.3%，这与nMOF孔隙中ZnP物理加载的期望值34.1%吻合得很好，证实了ZnP与Hf的比值。ZnP@Hf-QC分子式为(ZnP)0.68@Hf12(μ3-o)8(μ3−OH)8(μ2−OH)6(QC)8.5(OAc)。透射电镜和DLS显示ZnP@Hf-QC保持了六方纳米板的形貌和尺寸(175.8±5.6 nm) Hf-QC。ZnP@Hf-QC的HRTEM图和PXRD图支持ZnP加载后Hf-QC结构的维持。ZnP@Hf-QC显示的负ζ电位为- 24.0±1.5 mV，高于Hf-QC的- 22.1±0.7 mV，这与Hf-QC的孔隙中加载带负电荷的ZnP相一致。QC和ZnP的存在是通过其特征的UV-Vis和1HNMR信号在ZnP@Hf-QC中确认。ZnP@Hf-QC在37℃磷酸盐缓冲盐水(PBS)或DMEM中孵育24 h后，通过PXRD和DLS证明其稳定性。
ZnP@Hf-QC表现出比游离ZnP高得多的细胞摄取，并在内溶酶体中积累。共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)显示，在CT26细胞孵育12 h后，ZnP@Hf-QC的荧光信号开始与溶酶体重叠。游离ZnP孵育的CT26细胞几乎观察不到荧光信号。通过紫外-可见光谱对细胞摄取的定量分析显示，ZnP@Hf-QC在体外释放的ZnP是游离ZnP的15倍。
溶液实验表明生成的1O2是自由ZnP的3.4倍，这表明ZnP PSs在MOF孔隙中的包封阻止了聚集诱导的ZnP激发态猝灭，并增强了II型PDT过程中的1O2生成。CLSM成像和流式细胞术分析显示，通过2 '，7 ' -二氯二氢荧光素二乙酸酯(DCF-DA)实验证实了ZnP@Hf-QC孵育的CT26细胞中出现ROS。MTS检测显示，ZnP(+)在浓度2 μM时表现出最小的毒性，而ZnP@Hf-QC(+)具有很强的细胞毒性，IC50为0.14μM。HfQC(-)、HfQC(+)或ZnP@Hf-QC(-)处理CT26细胞未见明显毒性或形态学改变。活细胞成像ZnP@HfQC(+)证实CT26细胞明显生长抑制。我们通过CLSM和流式细胞术检测了PDT后CT26 细胞的凋亡和免疫原性细胞死亡。用 ZnP@Hf-QC(+)处理的CT26细胞通过细胞膜上的膜联蛋白V染色和碘化丙啶(PI)和 Hoechst 33342 的共定位显示出磷脂酰丝氨酸的上调。这些结果表明ZnP@Hf-QC(+)处理的CT26 细胞的细胞凋亡和膜功能受损。钙网蛋白(CRT)染色显示ZnP@Hf-QC(+)组中免疫原性细胞死亡和CRT 信号的表面易位增强。ZnP@Hf-QC(+)不仅能更有效地杀死癌细胞，还能诱导免疫原性细胞死亡，从而暴露肿瘤抗原和免疫激活的危险信号。
我们评价ZnP@Hf-QC(+)对两种皮下结肠癌模型的抗肿瘤作用:BALB/c小鼠为CT26肿瘤，C57BL/6小鼠为MC38肿瘤。静脉给药前对HfQC、ZnP@Hf-QC进行聚乙二醇化修饰。小鼠尾静脉注射PBS、ZnP、HfQC或ZnP@Hf-QC, ZnP当量剂量为50 nmol。注射后12小时，麻醉小鼠，用700 nm LED照射肿瘤区域，总光通量为60 J/ cm2。与PBS(+)相比，Hf-QC(+)对肿瘤生长的影响较小，CT26和MC38肿瘤的肿瘤生长抑制指数(TGIs)分别为17.8%和7.4%。ZnP(+)适度减缓肿瘤生长，CT26和MC38肿瘤的TGI值分别为41.3%和41.4%。ZnP@Hf-QC(+)治疗显示了良好的抗肿瘤疗效，>99%的TGIs和80%的治愈率对CT26和MC38肿瘤。H&E和TUNEL染色显示ZnP@Hf-QC(+)组肿瘤区域有严重的凋亡/坏死和炎症细胞浸润。在ZnP(+)和ZnP(-)组中，有几只小鼠出现体重减轻、肺水肿和局部肝脏炎症，可能是由于ZnP在体内聚集成大颗粒引起的。相比之下，尽管通过肿瘤组织切片观察到ZnP@Hf-QC在脾脏和肝脏中积累类似于其他纳米颗粒，ZnP@Hf-QC有或没有光照射的小鼠显示出稳定的体重。ZnP@Hf-QC及其聚集物在肺中未观察到，与PBS对照组相比，ZnP@HfQC处理的小鼠主要器官中观察到轻微的异常。ZnP和ZnP@Hf-QC在体内的不同行为表明，nMOF孔隙加载策略提供了一种高效、安全、生物相容性的方法来释放溶解性和药动学性质较差的PSs。
结论
本文开发了一种nMOF约束策略来隔离ZnP PSs，防止它们的聚集和激发态猝灭。因此，ZnP@Hf-QC中分离出的PSs能有效吸收光，显著增强1O2的生成，有效杀灭癌细胞。ZnP@Hf-QC介导的PDT在两个小鼠模型中有效地根除/回归结肠直肠癌。光敏剂在nMOF孔中的限制提供了一种新的策略来释放光动力疗法中难溶的、高度共轭的PSs的潜力。
参考文献
Nanoscale Metal−Organic FrameworkConfines Zinc-Phthalocyanine Photosensitizers for Enhanced Photodynamic Therapy.Taokun Luo, Geoffrey T. Nash, Ziwan Xu, Xiaomin Jiang, Jianqiao Liu, WenbinLin*. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 13519−13524. https://doi.org/10.1021/jacs.1c07379
