乏氧激活化疗药物AQ4N与碳点自组装用于化疗联合声动力治疗肿瘤

doi:10.7503/cjcu20240489

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 20240489.doi: 10.7503/cjcu20240489

乏氧激活化疗药物AQ4N与碳点自组装用于化疗联合声动力治疗肿瘤

庞娥¹, 唐垣钰¹, 赵少静¹, 程强¹, 王晨¹, 陈健敏²(), 蓝敏焕¹()

^1.中南大学化学化工学院, 微纳材料界面科学湖南省重点实验室, 长沙 410083
^2.莆田学院药学院, 福建省高校药物分析与检验医学重点实验室, 莆田 351100

收稿日期:2024-10-31 出版日期:2025-06-10 发布日期:2024-12-09
通讯作者: 陈健敏,蓝敏焕 E-mail:chenjianmin1985@sina.com;minhuanlan@csu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFA1207600);国家自然科学基金(62375289);湖南省重点研发计划项目(2022SK2101);福建省高校药物分析与检验医学重点实验室(莆田学院)开放课题(PALM 202201)

Hypoxia Activated Chemotherapy Drug AQ4N and Carbon Dots Self-assembly for Chemotherapy Combined with Sonodynamic Therapy of Tumors

PANG E¹, TANG Yuanyu¹, ZHAO Shaojing¹, CHENG Qiang¹, WANG Chen¹, CHEN Jianmin²(), LAN Minhuan¹()

^1.Hunan Provincial Key Laboratory of Micro & Nano Materials Interface Science，College of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha 410083，China
^2.School of Pharmacy，Putian University，Key Laboratory of Pharmaceutical Analysis and Laboratory Medicine，Fujian Province University，Putian 351100，China

Received:2024-10-31 Online:2025-06-10 Published:2024-12-09
Contact: CHEN Jianmin, LAN Minhuan E-mail:chenjianmin1985@sina.com;minhuanlan@csu.edu.cn
Supported by:
the National Key Research and Development Program of China(2022YFA1207600);the National Natural Science Foundation of China(62375289);the Key Laboratory of Pharmaceutical Analysis and Laboratory Medicine(Putian University), Fujian Province University, China(PALM 202201)

1. ESM to 20240489.pdf(403KB)

摘要/Abstract

摘要：

合成了一种具有声敏活性的红色荧光碳点(CDs), 将乏氧激活化疗药物AQ4N与CDs通过静电相互作用、氢键和π-π相互作用组装, 制备了CDs@AQ4N纳米组装体. CDs@AQ4N在超声辐照下可有效产生单线态氧(¹O₂)用于声动力治疗(SDT). SDT过程消耗肿瘤内氧气进一步加剧了肿瘤乏氧, 从而激活AQ4N, 将其转化为具有细胞毒性的AQ4, 在小鼠肿瘤模型下实现了荧光成像指导下的SDT联合化疗. 小鼠主要器官切片、血常规和血液生化分析结果均证实CDs@AQ4N具有优异的生物安全性.

关键词: 碳点, 乏氧激活, 声动力治疗, 化疗, 协同治疗

Abstract:

A red fluorescent carbon dots（CDs） with sonodynamic activity were synthesized， and the CDs@AQ4N nano-assemblies were prepared by assembling the hypoxia-activating drug AQ4N， with CDs via electrostatic interaction， hydrogen bonding， and π-π interactions. CDs@AQ4N could effectively generate singlet oxygen（¹O₂） for sonodynamic therapy（SDT） of cancer cells. Moreover， the depletion of intra-tumor oxygen during SDT further exacerbated the tumor hypoxia， which activated AQ4N and converted it into cytotoxic AQ4， enabling fluorescence-imaging-guided combination of SDT and chemotherapy for the treatment of mice tumors. The excellent biosafety of CDs@AQ4N was confirmed by mouse major organ sections， blood routine and blood biochemical analyses.

Key words: Carbon dots, Hypoxic activation, Sonodynamic therapy, Chemotherapy, Synergistic therapy

中图分类号:

O615.4

TrendMD:

庞娥, 唐垣钰, 赵少静, 程强, 王晨, 陈健敏, 蓝敏焕. 乏氧激活化疗药物AQ4N与碳点自组装用于化疗联合声动力治疗肿瘤. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240489.

PANG E, TANG Yuanyu, ZHAO Shaojing, CHENG Qiang, WANG Chen, CHEN Jianmin, LAN Minhuan. Hypoxia Activated Chemotherapy Drug AQ4N and Carbon Dots Self-assembly for Chemotherapy Combined with Sonodynamic Therapy of Tumors. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240489.

图/表 6

Fig.1 TEM, XPS, FTIR characterizations of CDs（A） TEM images of CDs（insert shows the HRTEM of CDs）；（B） size distribution statistics；（C） XPS spectra of CDs；（D—F） the deconvolution of high resolution C1s， N1s， O1s XPS spectra of CDs， respectively；（G） FTIR spectra；（H） UV-Vis absorption spectrum；（I） fluorescence spectra at different excitation wavelengths of CDs.

Fig.2 Assembly of CDs with AQ4N and the 1O2 generating capacity assay（A） The schematic representation of the self-assembly of CDs and AQ4N through hydrogen bonding， π-π interactions and electrostatic interactions；（B） Zeta potential diagram of CDs， AQ4N and CDs@AQ4N；（C） Normalized UV-Vis absorption spectra；（D） fluorescence spectra of CDs（black）， AQ4N（red） and CDs@AQ4N（blue）； absorption spectra of ABDA-Na2 in the presence of CDs（E） and CDs@AQ4N（F） under US irradiation（1.0 W·cm-2， 100% duty cycle， 1 MHz， 10 min）；（G） the absorption decay rate of ABDA-Na2.

Fig.3 In vitro cellular experiments in different treatment groupsFluorescence images of 4T1 cells were stained using DCFH-DA probe（A） or Calcein AM/PI（B） after different treatments； the viability of 4T1 cells was incubated using different concentrations of CDs@AQ4N in normoxic（C） and hypoxic condition（D） with or without US irradiation（1.0 W/cm2， 100% duty cycle， 30 s）.

Fig.4 In vivo animal experiments in different treatment groups（A） Fluorescence imaging picture of mice after intratumoral injection of CDs@AQ4N（L： left tumor， R： right tumor； Ex=600 nm， Em=670 nm）；（B—F） variation of tumor volume of different treatment groups；（G） photographs of tumors of different treatment groups after the end of treatment（n=5）；（H） variation of body weight of mice in different treatment groups； tumor tissue of mice in different treatment groups H&E（I）， Ki67（J）， TUNEL（K） and HIF-1α（L） section staining images.

Fig.5 Photographs of major organ sections

Fig.6 Biosafety assays for CDs@AQ4NRoutine blood analyses（A—H） and blood biochemical analyses（I—O） of mice from different treatment groups. Significance was determined by one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparison test， *p<0.05， **p<0.01， ns stands for no significant difference.

参考文献 25

1	Yang F. H.， Lv J. Q.， Ma W.， Yang Y. L.， Hu X. M.， Yang Z.， Small， 2024， 20（44）， 2402669
2	Zhu P. C.， Simon I.， Kokalari I.， Kohane D. S.， Rwei A. Y.， Adv. Drug Deliver. Rev.， 2024， 208， 115275
3	Xiao H.， Li X. X.， Li B.， Zhong Y.， Qin J. Y.， Wang Y.， Han S. S.， Ren J.， Shuai X. T.， Acta Biomater.， 2023， 161， 265─274
4	Xing X. J.， Zhao S. J.， Xu T.， Huang L.， Zhang Y.， Lan M. H.， Lin C. W.， Zheng X. L.， Wang P. F.， Coord. Chem. Rev.， 2021， 445， 214087
5	Chen J. J.， Zhou Q.， Cao W. W.， Adv. Funct. Mater.， 2024， 34（40）， 2405844
6	Lin X. H.， Song J. B.， Chen X. Y.， Yang H. H.， Angew. Chem. Int. Ed .， 2020， 59（34）， 14212─14233
7	Bathla A.， Younis S. A.， Kim K. H.， Li X. W.， Mater. Horiz.， 2023， 10（5）， 1559─1579
8	Guo Y. T.， Li Z. Y.， Guo B. C.， Wang B， Tu Y. F.， Nano Biomed. Eng.， 2024， 16（2）， 135─151
9	Jiang J. L.， Cui X. Y.， Huang Y. X.， Yan D. M.， Wang B. S.， Yang Z. Y.， Chen M. R.， Wang J. H.， Zhang Y. N.， Liu G.， Zhou C.， Cui S. S.， Ni J.， Yang F. H.， Cui D. X.， Nano Biomed. Eng.， 2024， 16（2）， 152─187
10	Sharma P.， Nangare S.， Tade R.， Patil P.， Bari S.， Patil D.， Nano Biomed. Eng.， 2024， doi： 10.26599/NBE.2024.9290069
11	Wang H.， Yang S. W.， Chen L. F.， Li Y. Q.， He P.， Wang G.， Dong H.， Ma P. X.， Ding G. Q.， Bioact. Mater.， 2024， 33， 174─222
12	Wang Y. Q.， Li X. C.， Zhao S. J.， Wang B. H.， Song X. Z.， Xiao J. F.， Lan M. H.， Coord. Chem. Rev.， 2022， 470， 214703
13	Yang Z.， Xu T. T.， Li H.， She M. Y.， Chen J.， Wang Z. H.， Zhang S. Y.， Li J. L.， Chem. Rev.， 2023， 123（18）， 11047─11136
14	Ren W. J.， Wang H. Q.， Chang Q.， Li N.， Yang J. L.， Hu S. L.， Carbon， 2021， 184， 102─108
15	Yang S. W.， Wang X. L.， He P.， Xu A. L.， Wang G.， Duan J. L.， Shi Y. Q.， Ding G. Q.， Small， 2021， 17（10）， 2004867
16	Geng B. J.， Hu J. Y.， Li Y.， Feng S. N.， Pang D. Y.， Feng L. Y.， Shen L. X.， Nat. Commun.， 2022， 13（1）， 5735
17	Jana D.， Wang D. D.， Rajendran P.， Bindra A. K.， Guo Y.， Liu J. W.， Pramanik M.， Zhao Y. L.， JACS Au， 2021， 1（12）， 2328─ 2338
18	Ju Y. Y.， Shi X. X.， Xu S. Y.， Ma X. H.， Wei R. J.， Hou H.， Chu C. C.， Sun D.， Liu G.， Tan Y. Z.， Adv. Sci.， 2022， 9（19）， 2105034
19	Fan C. H.， Wu N.， Yeh C. K.， Ultrason. Sonochem.， 2023， 94， 106342
20	Tu L.， Liao Z. H.， Luo Z.， Wu Y. L.， Herramann A.， Hou S. D.， Exploration， 2021， 1（3）， 20210023
21	Xu H.， Yu N.， Zhang J. L.， Wang Z. J.， Geng P.， Wen M.， Li M. Q.， Zhang H. J.， Chen Z. G.， Biomaterials， 2020， 257， 120239
22	Meng Q. X.， Wang Q.， Zhang Q.， Wang J.， Li Y. H.， Zhu S. Q.， Liu R.， Zhu H. J.， Mater. Chem. Front.， 2024， 8（5）， 1362─1372
23	Miao X.， Yan X. L.， Qu D.， Li D. B.， Tao F. F.， Sun Z. C.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2017， 9（22）， 18549─18556
24	Sun T. T.， Zheng M.， Xie Z. G.， Jing X. B.， Mater. Chem. Front.， 2017， 1（2） 354─360
25	Miao H.， Wang L.， Zhuo Y.， Zhou Z. N.， Yang X. M.， Biosens. Bioelectron.， 2016， 86， 83─89

[1]	倪佳文, 黄遵辉, 宋天兵, 马千里, 何天乐, 张熙荣, 熊焕明. 利用固相合成的硼掺杂碳点调控锂负极的有序沉积[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240185.
[2]	李燕, 蔡皓, 毕红. 抗氧化碳点用于对乙酰氨基苯酚诱导的急性肝损伤的改善[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240130.
[3]	李逢时, 蒋凯, 童鑫园, 武永健, 林恒伟. 硼掺杂控制陷阱密度及能级实现碳点的余辉寿命调控与动态信息加密应用[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240545.
[4]	王长莹, 张大伟, 陈冠吉, 张镇威, 萧卫泓, 王斌, 陈奇丹, 杨柏. 碳点发光标记材料的制备及在水样中亚硝酸盐专一检测中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240519.
[5]	陈奇丹, 陈冠吉, 游善媚, 臧欣瑶, 杨柏. 可用于防晒吸收剂的广谱抗紫外碳点的制备[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240313.
[6]	刘翼泽, 李鹏飞, 孙再成. 碳点发光机制与结构之间的构效关系[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20250103.
[7]	杨春圆, 陈昊, 张攀, 李府赪, 袁伟雄, 郭佳壮, 王彩凤, 陈苏. 绿色荧光碳点的合成、荧光机制和图案化[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20250093.
[8]	刘瀛琪, 王叶梅, 蒋恺, 郑芬芬, 朱俊杰. 基于细胞衍生荧光碳点的葡萄糖比色及荧光测定[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240386.
[9]	郝永梁, 李建, 王泽华, 葛介超. 基于红光碳点光敏剂的活性收缩水凝胶用于细菌感染的伤口愈合[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240409.
[10]	王欣, 王宇, 穆富茂, 闫翎鹏, 王振国, 杨永珍. 碳点在有机太阳能电池界面工程中的应用与展望[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240416.
[11]	刘金坤, 冉准, 刘青青, 刘应亮, 庄健乐, 胡超凡. 前驱体结构调控策略制备碳点基多色室温磷光材料[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240412.
[12]	李丹, 胡鸿辉, 侯红帅, 张生, 刘立杰, 景明俊, 吴天景. 碳点调控混合相钛酸钠的储钠性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240356.
[13]	刘钰鹏, 杨钧翔, 郝一鸣, 曲松楠. 近红外吸收/发光碳点的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240070.
[14]	潘卓涵, 艾琳, 卢思宇. 固态发光碳点的发光机理、合成与应用研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20250081.
[15]	江霆杰, 曹珏然, 姚胜峰, 宋健, 李娜, 陈永颖, 李唯, 张浩然, 雷炳富. 菠菜基水溶红色荧光碳点的微波合成及Pb²⁺荧光检测性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20250082.

乏氧激活化疗药物AQ4N与碳点自组装用于化疗联合声动力治疗肿瘤

Hypoxia Activated Chemotherapy Drug AQ4N and Carbon Dots Self-assembly for Chemotherapy Combined with Sonodynamic Therapy of Tumors

RichHTML

PDF (PC)

补充材料

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 25

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价