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国家纳米科学中心李乐乐课题组：ATP激活型纳米光敏剂提高肿瘤成像和光动力治疗特异性
国家纳米科学中心李乐乐课题组设计并构筑了一个基于核酸适体的纳米光敏剂，用于ATP激活的肿瘤成像和光动力治疗。通过将ATP核酸适体模块和聚乙二醇修饰于金纳米颗粒表面，合成了该诊疗体系。
光动力疗法（Photodynamic therapy，PDT）是一种基于光化学反应的治疗技术，具有高的可控性和低的毒副作用，已被应用于肿瘤等相关疾病的临床治疗。然而，临床批准的光敏剂（PSs）本身对肿瘤部位缺乏选择性，杀死癌细胞的同时也会对正常组织造成损伤，产生毒副作用，制约其临床应用。虽然采用被动靶向的策略可提高纳米光敏剂在肿瘤部位的富集，然而在降低副作用方面仍然非常有限。因此，亟需开发更加智能的光动力治疗系统，实现其对光敏剂活性的精准调控，赋予其肿瘤特异性。 ATP作为生命体最主要的能量供体，对肿瘤生长和转移起到了极大的促进作用。实现肿瘤细胞内ATP的精准检测，对于探究其在肿瘤发生和发展中的病理角色具有重要意义。而且，ATP在肿瘤胞细胞中维持着更高的浓度，这使得它成为肿瘤诊疗的一个潜在靶点。在前期工作中，李乐乐课题组首次提出了利用上转换发光远程操控生物传感以实现“时-空”可控生物检测的概念性方法，并实现了肿瘤细胞内ATP和RNA等重要生物分子的精准检测和信号放大（J. Am. Chem. Soc. 2018. 140,578；J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7056；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14877）；同时构建了微酸环境驱动的DNA纳米器件，实现了肿瘤细胞外ATP的特异性检测和成像（Adv. Mater. 2019, 31, 1901885）。近期，该课题组设计并构筑了一个基于核酸适体的纳米光敏剂，用于ATP激活的肿瘤成像和光动力治疗。通过将ATP核酸适体模块和聚乙二醇修饰于金纳米颗粒表面，合成了该诊疗体系；其中，核酸适体模块是通过将ATP适体链与光敏剂分子标记的互补链杂交而构建。由于光敏剂分子与金纳米颗粒距离较近，导致其荧光和光动力活性处于猝灭状态（OFF state）。一旦通过内吞作用进入到癌细胞内，ATP结合诱导的适体链构象转变导致携带光敏剂的互补链从金纳米颗粒表面释放出来，从而可在光照射下产生单线态氧(ON state)。研究表明，该体系可用于在细胞和体内ATP响应的肿瘤成像和光动力治疗。该工作为设计肿瘤激活型光动力诊疗体系提供了新方法。
图1 ATP激活型纳米光敏剂提高肿瘤成像和光动力治疗特异性
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李乐乐，国家纳米科学中心研究员，博士生导师。于2010年在北京大学获得博士学位；2010至2016年分别在美国伊利诺伊大学香槟分校、麻省理工学院和哈佛大学从事博士后研究；2016年加入国家纳米科学中心。长期从事精准化学测量方法和诊疗体系的开发及应用研究。近三年以通讯作者发表论文20余篇。2016年入选国家高层次青年人才计划，2018年获国家优秀青年科学基金资助。