本文要点：光热诊断和治疗是一种新型的肿瘤诊疗方式，该技术能将吸收的光子转化为成像信号和热能，通过提高肿瘤部位的温度并在特定时间内将其维持在有效的治疗水平，实现破坏肿瘤细胞同时保存正常细胞的双重效果。
NIR-II激光可以有效穿透组织，抑制生物样品对光子的吸收和散射。因此具有荧光成像和PTT特性的纳米平台可以实现高分辨率光学成像和深穿透光疗，有助于限度地损伤癌细胞，同时减少对周围正常组织的损伤。
近年来报道了多种用于引导PTT的NIR- II荧光纳米探针，在众多纳米平台中，作为零维纳米材料的量子点（QD），具有优异的成像和光热转换（PTC）能力，为肿瘤的PTT治疗提供了希望。但同时它们在临床应用中仍面临诸如生物相容性差、长期安全性的不确定性和有限的可降解性等重大障碍。
因此，人们探索纳米材料的可能性，开发了具有更大的比表面积、更高的PTC效率和更多的活性位点的二维纳米材料，使其成为生物成像引导的肿瘤PTT的有力候选者。然而，这些无机二维PTC材料同样生物相容性较低、可降解性较弱且靶向特异性有限，增加了体内器官的细胞毒性和代谢负担。为了解决这些问题，有必要开发具有高生物相容性的生物活性二维纳米材料以用于肿瘤治疗。
本文中，来自青岛大学的魏刚教授团队提出了一种二维（2D）纳米平台的分子设计和生物制造方法，为肿瘤的协同生物成像和光热疗法展现了广阔的前景。如图1所示，首先，通过肽自组装设计并制备了生物相容性二维肽纳米片（PNS）。这些多肽纳米片可作为聚乙二醇修饰的 Ag2S 量子点（PEG-Ag2S QD）的支撑基质，形成具有荧光和光热特性的二维纳米平台（PNS/PEG-Ag2S QD）。所设计的二维纳米平台不仅改善了光热效应，提高了光热转换效率（52.46%），而且在体外和体内对肿瘤都有显著的杀伤力。此外，它在第二近红外窗口（NIR-II, 1000-1700 nm）中显示出的成像效果，使其适用于协同荧光成像引导的肿瘤 PTT。这项研究不仅为设计和合成二维多肽组装体提供了一种简便的方法，还提出了新的生物仿生策略，以创建用于生物医学应用的功能性二维有机/无机纳米平台。
图1. 二维PNS/PEG-Ag2S QD的合成及其在肿瘤荧光成像和PTT中的应用示意图
本工作中的PNSs通过肽自组装（PSA）制备，而PSA过程是由各种非共价相互作用驱动的，如氢键、π-π堆叠、静电力以及疏水和范德华力，这些相互作用通常受到pH、温度、溶剂类型和离子强度等因素的影响。因此，作者使用Fmoc-FKKGSH肽探索了不同条件对自组装结构的影响。最终确定：溶剂中0.1%TFA与乙醇的比例为1:9，反应时间约为6 h，此时肽分子的自组装结构稳定，呈现出β折叠构象，生长成尺寸均匀、形状规则的圆形片状结构。作者还认为在Fmoc-FKKGSH的等电点（pI=10.6）以上时，随着pH逐渐升高，其结构中氨基的部分去质子化可促进更广泛的横向和垂直堆叠相互作用，从而形成更明显的层状肽结构。遗憾的是，文中并没有展示pH影响肽自组装的结果。
图2. 肽的结构、构象和自组装形态
得到PNS后，作者接着合成PEG-Ag2S QD。在室温下将Na2S和AgNO3依次加入COOH-PEG-SH溶液中，然后将混合反应溶液在水浴中加热2 h，即得到均匀的棕色悬浮PEG-Ag2S QD。值得注意的是，作者参考以往研究，将Ag与S的摩尔比调整为4:1，利用过量的Ag+修饰表面钝化，防止深阱态引起的发射强度降低，这使PEG-Ag2S QD在NIR-II区表现出以1050 nm为中心的强发射峰。
图3. PEG-Ag2S QD的表征（TEM图像与光谱特征）
肽平面和量子点纳米颗粒的成功制备又引入了新的问题：如何促进两者高效地结合？作者利用EDC/NHS方法激活PEG-Ag2S QD表面丰富的-COOH基团，在其表面形成对伯胺和仲胺具有较高的反应活性的琥珀酰亚胺酯基，以此促进活化的PEG-Ag2S QD共价偶联到富含-NH2基团的PNS表面。作者还进一步使用TEM、TTIR光谱全XPS光谱证实了PNS/PEG-Ag2S QD的成功合成。
图4. PNS/PEG-Ag2S QD的合成与表征
该复合物在测试中展现出快速的光吸收和优秀的PTC性能，证实了其作为PTT平台的潜力。为了探索纳米平台光热转化的条件，作者调整QD浓度、辐照功率密度和辐照时间，展示了纳米平台治疗温度在一定范围内的可调节能力。在此，作者还发现：肽纳米片除了提高生物相容性外，还提高了PTC效率（η=52.46%）。他们认为是二维平面的收敛增强了PEG-Ag2S QD的光吸收能力，在一定程度上阻止了光散射，从而提高了PTC的效率。
图5. PNS/PEG-Ag2S QD的PTC性质
在将PNS/PEG-Ag2S QD应用于体内成像和光热治疗之前，作者首先评价了其体外的细胞毒性和PTT效果。结果显示，复合物对MCF-7和MG-63细胞都表现出较低的细胞毒性，而在激光照射下则表现显著的肿瘤杀伤能力，对MCF-7细胞致死率达93.27%。
图6. PNS/PEG-Ag2S QD的细胞活力测试
图7. PNS/PEG-Ag2S QD的体外PTT检测
作者进而使用MCF-7荷瘤小鼠为模型测试PNS/PEG-Ag2S QD的体内PTT疗效。与对照组相比，接受PTT治疗组小鼠的肿瘤在14天内被去除，没有复发。治疗过程中，注射了PNS/PEG-Ag2S QD的小鼠体重没有发生明显变化；主要器官H&E染色也显示没有明显的损伤。这说明了该平台的PTT体内肿瘤消融能力和良好的生物相容性。同时，PNS/PEG-Ag2S QD显示出其作为NIR-II荧光显像剂优良而敏感的优势，能够精准地靶向肿瘤并富集、提供明亮荧光信号，实现了肿瘤部位清晰的视觉诊断。
图8. 体内PTT和荧光成像
图9. 小鼠主要脏器H&E染色
参考文献
Luan X, Hu H, Sun Z, He P, Zhu D, Xu Y, Liu B, Wei G. Assembling Ag2S quantum dots onto peptide nanosheet as a biomimetic two-dimensional nanoplatform for synergistic near infrared-II fluorescent imaging and photothermal therapy of tumor. J Colloid Interface Sci. 2024 Feb 21;663:111-122.
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近红外二区小动物活体荧光成像系统 - MARS
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