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-.   DOI:10.7503/cjcu20240489

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； E_x=600 nm， E_m=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.

正文中引用本图/表的段落

CDs可通过静电相互作用、 氢键及π-π相互作用与AQ4N组装［图2（A）］. 如图2（B）所示， CDs的Zeta电势约为－6 mV， AQ4N的Zeta电势约为14.5 mV， CDs@AQ4N组装体的Zeta电势约为7.7 mV， 表明CDs和AQ4N已通过静电作用成功组装. CDs与AQ4N组装前后的归一化紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱（相同浓度下的吸收光谱见本文支持信息图S2， CDs与AQ4N的浓度标准曲线如本文支持信息图S3和S4）也证明了CDs与AQ4N的成功组装. 如图2（C）所示， CDs@AQ4N的吸收光谱同时显示出CDs和AQ4N的吸收峰； 而CDs的荧光发射峰位于676 nm处， AQ4N的荧光发射峰位于690和740 nm处， 但AQ4N的荧光强度相对较弱［图2（D）插图］. 在组装完成后， CDs@AQ4N中源于CDs的荧光发生明显猝灭［图2（D）］， 这可能是由于CDs与AQ4N的π-π相互作用导致CDs聚集荧光猝灭. 实验中采用9，10-蒽二基-双（亚甲基）二甲酸钠（ABDA-Na₂）作为1O₂捕获剂， 对CDs及CDs@AQ4N的声动力性能进行了评估. 如图2（E）所示， CDs与ABDA-Na₂混合溶液的吸收光谱显示， 随着超声照射时间的增加， ABDA-Na₂的吸收峰降低， 表明在超声照射下CDs能够产生大量的1O₂. 在相同条件下测试了AQ4N与ABDA-Na₂混合溶液的吸收光谱， 结果显示AQ4N同样具有声敏剂活性（见本文支持信息图S5）， 而CDs@AQ4N组装体则显示出比单独的CDs或AQ4N更强的声动力活性［图2（F）~（G）］.

基于CDs与AQ4N的荧光发射能力， CDs@AQ4N有望用于治疗窗口下的荧光成像引导治疗. 如 图4（A）所示， 对于小鼠双侧4T1肿瘤模型， 在其右侧（R）肿瘤中注射CDs@AQ4N， 在600 nm波长激发下， 右侧肿瘤发出明亮的红色荧光； 而左侧（L）肿瘤未注射CDs@AQ4N， 则没有观察到荧光， 表明CDs@AQ4N具有荧光成像引导肿瘤治疗的潜力.

实验中评估了CDs@AQ4N在活体小鼠皮下4T1肿瘤模型中SDT与乏氧激活化疗协同治疗的潜力. 当肿瘤体积达到80 mm3时， 20只4T1荷瘤小鼠被随机分为4组： PBS组、 PBS+US组、 CDs@AQ4N组和CDs@AQ4N+US组， 每组5只小鼠， 每2天记录一次小鼠的肿瘤体积变化. 如图4（B）~（F）所示， 随着时间的延长， PBS组和PBS+US组小鼠的肿瘤迅速增殖， 在第14 d时， 已生长至约800 mm3， 说明单独的PBS缓冲液与US对肿瘤生长的影响可以忽略不计. 相比之下， CDs@AQ4N组展示出了一定的肿瘤抑制作用， 在第14 d时， 平均肿瘤体积约为500 mm3. 而CDs@AQ4N+US组则表现出突出的肿瘤抑制作用， 所有小鼠肿瘤的生长均明显受到抑制， 平均肿瘤体积为100 mm3， 其中一只小鼠在治疗第4 d时肿瘤完全消除， 并且没有观察到复发的情况. 此外， 不同治疗组小鼠治疗周期结束后的离体肿瘤组织照片也证实了上述结果［图4（G）］. 在治疗期间， 同时监测了小鼠的体重变化， 如图4（H）所示， 4组小鼠体重维持稳定， 表明CDs@AQ4N产生的副作用可忽略不计.

为了进一步评价不同治疗组对肿瘤组织的影响， 对治疗后的肿瘤进行了组织学分析， 即苏木精&伊红（H&E）、 细胞核增殖抗原-67（Ki67）、 脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的dUTP缺口末端标记法（TUNEL）和乏氧因子（HIF-1α）肿瘤组织染色实验. 如图4（I）所示， CDs@AQ4N组的肿瘤组织间隙增加， 这是由于AQ4N在乏氧环境下的化疗作用所致， 而CDs@AQ4N+US组的表现则更为显著， 说明了协同治疗的优势. 当肿瘤组织快速增殖时， 细胞核高表达Ki67， 发出红色荧光. 如图4（J）所示， PBS组和PBS+US组展示出明显的红色荧光， 说明两组的肿瘤增殖没有受限； CDs@AQ4N组的红色荧光减少， 说明其肿瘤增殖受到了一定程度的抑制. 值得注意的是， CDs@AQ4N+US组仅观察到极少的红色荧光， 说明CDs@AQ4N+US组具有优异的抑制肿瘤增殖作用. 肿瘤组织的TUNEL染色切片则说明了肿瘤的凋亡情况， 如图4（K）所示， CDs@AQ4N组的肿瘤表达了一定程度的绿色荧光凋亡信号， 而CDs@AQ4N+US组则观察到明显的绿色荧光， 再次印证了CDs@AQ4N的声动力疗效. 由于CDs和AQ4N在超声下均能产生1O₂， 这进一步消耗了肿瘤内氧气， 加剧了肿瘤乏氧， 如图4（L）所示， 在HIF-1α切片（蓝色代表细胞核， 红色代表HIF-1α的表达）中可观察到CDs@AQ4N+US治疗后肿瘤HIF-1α的高表达， 表明肿瘤微环境中乏氧程度加剧， 这有利于AQ4N药物激活为毒性AQ4化疗药物.

本文的其它图/表

• 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 C_1s， N_1s， O_1s 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.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.