超声辅助自组装构建多功能铁-原卟啉纳米粒及多模态肿瘤治疗

doi:10.7503/cjcu20250176

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (11): 20250176.doi: 10.7503/cjcu20250176

超声辅助自组装构建多功能铁-原卟啉纳米粒及多模态肿瘤治疗

李勇¹, 李燕³, 杨景儿¹, 王柏萍¹, 尹君雅¹, 耿鹏¹^,³(), 杨扬²(), 黄文权¹^,²()

^1.三峡大学健康医学院，国家中医药管理局中药药理三级实验室，宜昌 443002
^2.桂林医科大学药学院，广西药物分子发现与成药性优化重点实验室，桂林 541199
^3.三峡大学材料与化工学院，宜昌 443002

收稿日期:2025-06-25 出版日期:2025-11-10 发布日期:2025-09-05
通讯作者: 黄文权 E-mail:gengpeng@ctgu.edu.cn;35112908@qq.com;huangwenquan@ctgu.edu.cn
作者简介:耿鹏，男，博士，讲师，主要从事近红外光和超声响应纳米粒的制备和肿瘤多模式诊疗方面的研究. E-mail： gengpeng@ctgu.edu.cn
杨扬，女，博士，教授，主要从事天然药物活性方面的研究. E⁃mail： 35112908@qq.com
第一联系人：共同第一作者.
基金资助:
广西药物分子发现与成药性优化重点实验室开放课题(GKLDDO-2024-05);湖北省自然科学基金(2024AFB059);三峡大学高层次人才科研启动及平台建设经费(拔尖人才)(8220309)

Ultrasonically Assisted Self-assembly of Multifunctional Iron-protoporphyrin Nanoparticles and Multimodal Tumor Therapy

LI Yong¹, LI Yan³, YANG Jinger¹, WANG Baiping¹, YIN Junya¹, GENG Peng¹^,³(), YANG Yang²(), HUANG Wenquan¹^,²()

^1.Third?grade Pharmacological Laboratory on Traditional Chinese Medicine（TCM），College of Medicine and Health Science，China Three Gorges University，Yichang 443002，China
^2.Guangxi Key Laboratory of Drug Discovery and Optimization，School of Pharmacy，Guilin Medical University，Guilin 541199，China
^3.College of Materials and Chemical Engineering，China Three Gorges University，Yichang 443002，China

Received:2025-06-25 Online:2025-11-10 Published:2025-09-05
Contact: HUANG Wenquan E-mail:gengpeng@ctgu.edu.cn;35112908@qq.com;huangwenquan@ctgu.edu.cn
Supported by:
the Project Program of Guangxi Key Laboratory of Drug Discovery and Optimization, China(GKLDDO-2024-05);the Natural Science Foundation of Hubei Province, China(2024AFB059);the Scientific Research Start-up and Platform Construction of China Three Gorges University High-level Talents(top-notch talents), China(8220309)

1. ESM to 20250176.pdf(478KB)

摘要/Abstract

摘要：

多模态协同治疗纳米材料对肿瘤精准治疗具有重要研究价值，但其传统制备方法复杂且协同治疗效果低. 本文采用超声辅助自组装策略合成了铁-原卟啉IX(PpIX)配位纳米粒(Fe-PpIX)，实现了光/声/化学动力三位一体多模态肿瘤治疗. 采用透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对制备的纳米粒进行了表征，结果表明Fe与PpIX羧基有效配位. 基于荧光光谱定量分析，发现在光和声协同处理下Fe-PpIX可有效产生活性氧(ROS). 邻苯二胺/亚甲基蓝双探针检测结果表明， Fe-PpIX可催化内源性H₂O₂发生类Fenton反应生成羟基自由基，从而触发化学动力治疗. 采用L929和4T1细胞进行了噻唑蓝(MTT)实验，结果显示Fe-PpIX具有良好的生物相容性. 经光/声/化学协同治疗后， 4T1肿瘤细胞的存活率显著下降(最低15.0%)，活/死细胞染色实验进一步证实了此结果. 所制备纳米粒有望实现高效治疗，为理性设计多模态联合治疗的纳米粒提供了新策略.

关键词: 自组装, 多模态协同治疗, 原卟啉PpIX, 光动力, 声动力

Abstract:

Multimodal synergistic therapeutic nanomaterials exhibit significant research value for precision tumor therapy. However， the traditional preparation process is complex and the therapeutic efficacy of synergistic therapy remains suboptimal. In this work， an ultrasonically assisted self-assembly strategy is developed to synthesize iron- protoporphyrin IX（PpIX） coordination particle（Fe-PpIX）. This approach achieves a three-in-one multimodal tumor therapy through photodynamic/sonodynamic/chemodynamic therapy. The prepared nanoparticles were characterized by the transmission electron microscope（TEM）， X-ray photoelectron spectroscopy（XPS） and Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）， which indicated that Fe was coordinated with PpIX by carboxyl groups. The quantitative evaluation of fluorescence spectroscopy demonstrated the efficient ROS generation of Fe-PpIX under photody namic and sonodynamic conditions. The o-phenylenediamine/methylene blue dual probes further revealed that Fe-PpIX can catalyze the H₂O₂， which produces hydroxyl radicals by Fenton-like reaction. The MTT assays of L929 and 4T1 cells indicate that Fe-PpIX possesses good biocompatibility. After light/sound synergistic therapy， the survival rate of 4T1 tumor cells decreased significantly， and the survival rate decreased to the lowest（15.0%）. This was further confirmed by live/dead cell staining experiments. The developed nanoparticles exhibit a valuable potential for achieving highly efficient therapy， providing a promising strategy for the rational design of multimodal therapeutic nanomaterials.

Key words: Self-assembly, Multimodal synergistic therapy, Protoporphyrin IX, Photodynamic, Sonodynamic

中图分类号:

O621

TrendMD:

李勇, 李燕, 杨景儿, 王柏萍, 尹君雅, 耿鹏, 杨扬, 黄文权. 超声辅助自组装构建多功能铁-原卟啉纳米粒及多模态肿瘤治疗. 高等学校化学学报, 2025, 46(11): 20250176.

LI Yong, LI Yan, YANG Jinger, WANG Baiping, YIN Junya, GENG Peng, YANG Yang, HUANG Wenquan. Ultrasonically Assisted Self-assembly of Multifunctional Iron-protoporphyrin Nanoparticles and Multimodal Tumor Therapy. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(11): 20250176.

图/表 7

Fig.1 TEM image(A), mapping(B), EDS spectrum(C), XPS survey spectra(D), Fe2p (E) and O1s spectra of Fe⁃PpIX(F)

Fig.2 Characterization results of the materials（A） FTIR spectrum；（B） UV-Vis absorption spectrum；（C） fluorescence spectrum；（D） zeta potential of PpIX and Fe-PpIX.

Fig.3 Schematic diagram of the 1O2 generation after light or US irradiation(A), absorption spectra of DPBF after reacting with Fe⁃PpIX under light(B) or US(C), changes in absorbance of Fe⁃PpIX and DPBF under different conditions(D)（D） A0： initial absorbance； At ： the absorbance at t min.

Fig.4 Schematic illustration of the Fenton⁃like reaction by Fe⁃PpIX with H2O2(A), UV⁃Vis absorption spectrum(B) and fluorescence spectrum by 370 nm excitation(C), absorption spectrum of MB mediated by Fe⁃PpIX(D) and H2O2(E), and degradation rate of MB for the Fenton⁃like reaction(F)

Fig.5 Cytotoxicity assay results（A） L929 cells；（B—E） 4T1 cytotoxicity with different Fe-PpIX concentrations（B） and different action times（C—E）；（C） SDT；（D） PDT；（E） SDT+PDT.

Fig.6 Results of live dead cells staining after different treatments

Fig.7 ROS generation after different treatments

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超声辅助自组装构建多功能铁-原卟啉纳米粒及多模态肿瘤治疗

Ultrasonically Assisted Self-assembly of Multifunctional Iron-protoporphyrin Nanoparticles and Multimodal Tumor Therapy

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