第一作者：Houjuan Zhu
通訊作者：Houjuan Zhu、David Tai Leong
通訊單位：新加坡國立大學(xué)
研究內(nèi)容：
光動力治療由于其低毒、無創(chuàng)激活和高療效在癌癥治療中具有廣闊的前景。與化療和放療在內(nèi)的傳統(tǒng)治療策略相比，光動力治療有可能將藥物的副作用降至最低，并優(yōu)化組織的選擇性。特別是光熱治療(PTT)，這是一種利用吸收劑產(chǎn)生熱量，從而消滅癌細胞的方法。過渡金屬二鹵族化合物(TMD)納米材料在光子治療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)我們所知, 光熱治療(PTT)需要近紅外(NIR)光來實現(xiàn)對組織深層的滲透，而現(xiàn)有的TMD納米材料在NIR區(qū)域沒有明顯的吸收峰，限制了其治療效果。作為TMD納米材料的一類，硫化釕基納米材料目前在腫瘤治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用較少。在此，研究人員開發(fā)了一種簡單的生物礦化輔助自下向上的策略，通過調(diào)節(jié)氧含量和硫缺陷來合成含氧雜化硫化釕納米團簇(RuSx NCs)。通過調(diào)節(jié)Ru / S初始摩爾比的增加，使小粒徑的RuSx NCs具有較高的含氧量和硫缺陷，使光熱轉(zhuǎn)換效率(PCE)從32.8提高到41.9%，高于大多數(shù)小粒徑無機光熱納米劑。提出的缺陷工程策略使RuSx NCs在活小鼠腫瘤的PTT中具有良好的光熱效應(yīng)，這也證明了進一步探索RuSx NCs在未來生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的性能的潛力。
要點一：
展示了一種生物礦化輔助的自下而上的方法，開發(fā)了一系列含氧量和硫缺陷可控的RuSx NCs，用于優(yōu)化光熱癌癥治療。該方法在牛血清白蛋白的輔助下進行Ru陽離子和S陰離子的原位化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)率高，反應(yīng)時間短。 通過該化學(xué)反應(yīng)，通過控制Ru與S的摩爾比，合成富氧的RuSx NCs。這些制備的RuSx NCs在近紅外區(qū)具有較高的特征吸光度，其光熱轉(zhuǎn)換效率值高達41.9%。 與其他無機納米材料相比，RuSx NCs納米材料能夠更有效地將近紅外光轉(zhuǎn)化為熱，達到更高的光熱溫度。與商用ICG相比，RuSx NCs的光熱穩(wěn)定性較好，為一種可能的癌癥治療方法提供了思路。
要點二：
在合成的RuSx NCs中，氧含量/硫缺陷與光熱效應(yīng)之間存在著很強的正相關(guān)系。 隨著含氧量/硫缺陷的增加，RuSx NCs的光熱轉(zhuǎn)換效率由41.9降低到32.8%。這種富含氧的RuSx NCs光熱特性導(dǎo)致其對癌細胞的光熱抑制顯著增強。 因此，我們的研究不僅引入了一種原位合成方法來開發(fā)一類基于RuSx NCs的納米制劑，而且還根據(jù)具體的臨床需求創(chuàng)建了另一種設(shè)計指南來調(diào)整PTT的性能。
圖1： (A)溫和條件下合成RuSx NCs示意圖。(B)用于光熱消融癌細胞的RuSx NCs的示意圖。
圖2: 釕納米團簇的合成與表征。(A) RuSx NCs的代表性透射電鏡圖像。插圖:RuSx NCs的高倍圖像。(B)不同Ru和S摩爾比的RuSx NCs的DLS光譜(C)所有RuSx NCs在去離子水和1 × PBS (pH =7.4) 60 min。(D)去離子水中所有RuSx NCs的紫外-可見光譜。(E)所有RuSx NCs對應(yīng)的禁帶能。(F)合成RuSxNCs粉末在JCPDS卡上的XRD譜圖。
圖3：不同初始Ru和S摩爾比的RuSx NCs的光熱效應(yīng)。(A)相同濃度1 mM時，不同Ru和S摩爾比的RuSx NCs在808 nm激光(1 W/cm2)照射5分鐘的溫度升高。(B)的紅外熱圖像RuSx NCs (1 mM)輻照5分鐘。 (C)溫度RuSx NCs-1分散體與不同濃度的Ru3 +(0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8和1.0 mM)輻照時間的函數(shù)(0?5分鐘)的波長808 nm的激光輻照下(1 W/cm2）。(D)不同濃度和不同輻照時間下的RuSx NCs-1的紅外熱像圖。(E) 808 nm激光照射(1 W/cm2)下，1 mM的RuSx NCs溶液和0.1 mM的ICG溶液在光熱加熱和自然冷卻循環(huán)下的光熱穩(wěn)定性研究。
圖4：富氧增強的RuSx NCs的PCE。(A)應(yīng)用Beer - Lambert定律獲得的808 nm處所有RuSx NCs的濃度與吸光度的校準(zhǔn)圖。(B) 808 nm激光，1 W/cm2，在808 nm處照射5 min，對PBS和所有吸光度為0.05的RuSx NCs進行溫度評價。(C)應(yīng)用冷卻周期與驅(qū)動力溫度的負自然對數(shù)的線性時間數(shù)據(jù)進行傳熱時, PBS和所有RuSx NCs的時間常數(shù)τs。(D)所有RuSx NCs的PCE和摩爾吸光系數(shù)的比較。(E)提出的RuSx NCs缺氧相關(guān)的PCE機制。(F)與文獻報道的Au NRs、AgS2量子點、MoS2量子點、BP量子點、CuS NPs、Ta2NiS5 NPs、CDs和WS2 QDs進行對比。
圖5：體外細胞毒性和光熱細胞毒性。A431細胞細胞的可行性(A)和(B) MDA - MB - 231細胞孵化與各種RuSx NCs在不同濃度(0?1.0 mM)24 h。(C)光照消融A431細胞與不同濃度的孵化RuSx NCs-1解決方案在波長808nm的激光照射5分鐘。誤差是基于三個標(biāo)準(zhǔn)差平行樣品。(D) Calcein AM共染的A431細胞與RuSx NCs-1(0、0.2、0.6和1.0 mM)在(C)相同的照射條件下孵育的熒光圖像。用Calcein AM和PI染色活細胞和死細胞，在圖像中分別用綠色和紅色表達;比例尺:250 μm。(E) PI和鈣黃綠素染色A431細胞紅綠熒光強度比的比較(D)。
參考文獻
H. Zhu, Z. Li, E. Ye, D.T. Leong, Oxygenic Enrichment in Hybrid Ruthenium Sulfide Nanoclusters for an Optimized Photothermal Effect, ACS Appl. Mater. Interfaces, 13 (2021) 60351-60361.
