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第一作者：Kaiyuan Ni、Guangxu Lan

通訊作者：Wenbin Lin

通訊單位：芝加哥大學(xué)（美國(guó)）

研究亮點(diǎn)：                                      

發(fā)展了一種形貌尺寸精確可控的新型納米MOF，并用于靶向線粒體的放射治療及放射動(dòng)力治療。

光動(dòng)力治療通過激發(fā)光敏劑產(chǎn)生具有強(qiáng)細(xì)胞毒性的活性氧物種殺傷癌細(xì)胞。然而，受限于活性氧物種的較短的壽命，光動(dòng)力治療只能對(duì)距離光敏劑較近的細(xì)胞器進(jìn)行殺傷。由于線粒體在癌細(xì)胞的增殖和代謝中起到重要作用，將光敏劑靶向癌細(xì)胞線粒體可以最大化實(shí)現(xiàn)光動(dòng)力治療效果。最近研究表明，具有正電性的三聯(lián)吡啶釕類光敏劑可以選擇性地富集在具有負(fù)電性的線粒體中，但是激發(fā)光的較淺（<1 cm）穿透深度限制了其的應(yīng)用。

有鑒于此，芝加哥大學(xué)林文斌教授課題組設(shè)計(jì)了一種以鉿氧簇為節(jié)點(diǎn)，以三聯(lián)吡啶釕衍生物作為配體，形貌尺寸精確可控的正電性新型納米MOF（Hf-DBB-Ru），實(shí)現(xiàn)了靶向癌細(xì)胞線粒體。

圖1 Hf-DBB-Ru靶向腫瘤線粒體的放射及放射動(dòng)力療示意圖

在具有極強(qiáng)組織穿透深度的X射線的激發(fā)下，富集在癌細(xì)胞線粒體中的Hf-DBB-Ru通過鉿基節(jié)點(diǎn)吸收X射線能量并激發(fā)位于配體中的三聯(lián)吡啶釕光敏劑，從而產(chǎn)生活性氧物種選擇性殺傷癌細(xì)胞線粒體，成功實(shí)現(xiàn)了出色的抗癌效果。

合成與表征：

Hf-DBB-Ru表現(xiàn)為尺寸約100納米的晶化良好的球狀納米晶。Hf-DBB-Ru的光敏中心具有與三聯(lián)吡啶釕相同的分子結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出相似的光敏性質(zhì)。在X射線的激發(fā)下，Hf-DBB-Ru能夠產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的羥基自由基和單線態(tài)氧。

圖2Hf₆-DBB-Ru的合成與表征

線粒體靶向：

為了研究Hf-DBB-Ru的線粒體靶向作用，另一種負(fù)電性MOF（Hf-DBA）被用作參照。在Hf-DBB-Ru處理的癌細(xì)胞中，大量Hf-DBB-Ru富集于線粒體，而在Hf-DBA處理的癌細(xì)胞中只有少量Hf-DBA存在于線粒體。共聚焦顯微鏡結(jié)果直觀的反映了這種差異，證實(shí)Hf-DBB-Ru可以有效地靶向癌細(xì)胞線粒體。

圖3Hf₆-DBB-Ru靶向線粒體

癌細(xì)胞殺傷：

將Hf-DBB-Ru處理后的癌細(xì)胞進(jìn)行X射線照射，成功檢測(cè)到了Hf-DBB-Ru產(chǎn)生的活性氧物種，包括羥基自由基和單線態(tài)氧。這些活性氧物種同時(shí)實(shí)現(xiàn)了癌細(xì)胞立即死亡和癌細(xì)胞增殖性死亡。

圖4 Hf₆-DBB-Ru殺傷癌細(xì)胞

活體抗癌效果：

將Hf-DBB-Ru注射到小鼠的腫瘤內(nèi)并進(jìn)行X射線照射后，Hf-DBB-Ru表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗癌效果，抑制小鼠腫瘤生長(zhǎng)，并有部分小鼠得到徹底痊愈。

圖5 Hf₆-DBB-Ru的活體抗癌效果

參考文獻(xiàn)：

Ni K, Lin W, et al. Nanoscale metal-organic frameworks for mitochondria-targeted radiotherapy-radiodynamic therapy[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-06655-7

https://www.nature.com/articles/s41467-018-06655-7

作者簡(jiǎn)介：

林文斌，美國(guó)芝加哥大學(xué)化學(xué)系和輻射與細(xì)胞腫瘤系的James Franck講座教授。林文斌教授在化學(xué)與生物化學(xué)及納米醫(yī)學(xué)方面有重要貢獻(xiàn)，在包括Nat. Biomed. Eng.，Nat. Chem.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等世界頂級(jí)雜志上發(fā)表文章320余篇，文章被廣泛引用（h-index~100）。1999-2009 年度文章引用世界前十位化學(xué)家。湯森路透集團(tuán)2000-2010年全球頂尖一百化學(xué)家名人堂榜單第54名。

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