苏州大学 考研，苏州大学考研专业目录及分数线
作为一种L-半胱氨酸相关酶生物合成的产物，细胞内源性硫化氢(H 2S)已经被证明与各种生理和病理过程密切相关。生命系统中H 2S的异常生成与许多疾病的发生有本质的关联，如阿尔茨海默病、肝硬化、炎症、癌症等。因此，准确监测和消耗生命系统内源性H 2S作为治疗靶点，对H 2S相关疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。而目前对H 2S最常用的检测方法有高压液相色谱法、气相色谱法、电化学分析法、亚甲基蓝分析法等。这些方法对纳米级分子的检测具有很高的灵敏度，但其成本高、操作繁琐、时间分辨率低等缺点严重阻碍了其在活体中H 2S检测中的实际应用。因此，制定准确、定量评估深部组织H 2S水平的新策略对H 2S相关疾病的诊断和治疗评价具有重要意义。
鉴于此，苏州大学史海斌研究团队创造性地开发了一种智能的、H2S响应和消除的纳米平台ZNNPs，用于定量显示并同时清除内源性H2S，同时激活光动力效果用于结直肠癌治疗。所合成的纳米平台可以与H 2S分子发生亲核取代反应，特异性地产生近红外荧光转换(F 1070→F 720)和比率型光声(PA 680/PA 900)信号。可以灵敏准确地检测小鼠急性肝毒性、脑出血和结直肠癌中内源性H 2S水平。同时作者还发现，ZNNPs@FA可以同时耗尽癌细胞线粒体H 2S水平，导致糖酵解显著减少，线粒体严重损伤，并激活光动力效应，从而有效抑制结直肠肿瘤的体内活性。该研究以题为“A hydrogen sulphide-responsive and depleting nanoplatform for cancer photodynamic therapy”的论文于3月30日发表在《 Nature Communications》上。
作者合成的疏水性近红外二区（NIR-II）荧光团ZM1068-NB作为硫化氢响应单元，利用生物相容性和两亲性的mPEG 5000-PCL 3000和mPEG 5000-PCL 3000-FA聚合物封装，从而在生物介质中获得结构稳定的ZNNPs和ZNNPs@FA纳米粒子。其中叶酸（FA）基团的引入有利于纳米平台靶向肿瘤细胞，实现在肿瘤区域的富集。
图1. 纳米平台的构建以及应用于结肠癌治疗的示意图
【纳米平台对硫化氢的荧光和光声响应研究】
ZNNPs与NaHS在PBS缓冲液中孵育，然后实时测量吸收光谱和荧光光谱。ZNNPs水溶液最初在680和900 nm处有两个主要的吸收带。当它们与NaHS反应时，在680 nm处的吸收强度略有增加，而在900 nm处的吸收强度随着孵育时间的增加而逐渐减小。接着作者测试了纳米探针与不同浓度的NaHS的荧光响应情况，测试得知720nm处的荧光强度与NaHS浓度呈正相关，而1070nm处的荧光强度逐渐减小。接着作者测试了纳米探针与硫化氢响应的光声变化，测试得知随着NaHS浓度的增加，900 nm处的光声信号逐渐降低，而在680 nm处的光声信号保持不变，表明900 nm处的光声信号对NaHS高度敏感。
图2. ZNNPs纳米粒子表征及其与硫化氢响应表征
【小鼠肝脏中硫化氢的荧光成像和光声成像】
由于H 2S作为一种信号剂，通常与多数肝病相关。于是作者尝试使用ZNNPs监测小鼠肝脏内源性H 2S。首先通过小鼠腹腔注射L-半胱氨酸（L-Cys）上调肝脏H 2S的生成，然后再注射ZNNPs。可发现小鼠肝脏的信号背景比(SBR)与对照组相比增加了5倍，而腹腔注射DL-炔丙基甘氨酸(PAG)，通过抑制胱硫醚γ裂解酶（CSE）活性抑制H 2S的产生。可以观察到在小鼠肝脏区域720 nm和1070 nm处的荧光强度均显著降低。上述结果有力地证明了ZNNPs可灵敏地检测小鼠肝脏H2S水平。光声（PA）成像协同集成荧光和超声成像，显示出良好的高空间分辨率的深部组织成像能力。探针对小鼠肝脏H 2S的光声反应性说明PA在680 nm和900 nm的变化可以准确反映小鼠肝脏中H 2S的表达水平，ZNNPs探针可以通过比值PAI用于内源性H2S的体内定量成像。
图3. 小鼠肝脏硫化氢的体内荧光成像和光声成像
【对小鼠脑部损伤中的硫化氢进行近红外/光声双模成像】
众所周知，H 2S是作为重要的信号分子之一，在中枢神经系统中发挥关键作用。然而，准确检测大脑内源性H 2S水平仍然是一个巨大的挑战。于是作者进一步评价了ZNNPs探针对小鼠损伤脑内痕量H 2S的检测能力。体内和体外结果表明ZNNPs探针在小鼠脑损伤的敏感检测方面具有很大的潜力。
图4.小鼠脑部损伤中硫化氢的近红外荧光和光声成像
【纳米粒子ZNNPs@FA抑制HCT116细胞的增殖和迁移】
下调内源性H 2S可以影响细胞的糖酵解，导致GAPDH活性的抑制。研究发现GAPDH的活性以ZNNPs@FA浓度依赖的方式被显著抑制，证实了细胞内H 2S的消耗会降低GAPDH的活性。细胞外酸化率(ECAR)反映总的糖酵解通量同样进行测定，ZNNPs@FA和ZnCl 2处理HCT116细胞后，ECAR明显降低，且呈剂量依赖性，表明ZNNPs@FA可以干扰HCT116细胞的糖酵解和糖酵解能力。这些都有力地证明了ZNNPs@FA对于H2S的消耗会影响线粒体功能和糖酵解，从而导致HCT116细胞增殖受到严重抑制。
图5. ZNNPs@FA通过细胞内H2S消除诱导HCT116细胞死亡
【ZNNPs@FA用于治疗结肠癌】
作者进一步评估H 2S消除联合光动力疗法（PDT）对HCT116荷瘤BALB/c小鼠的抗肿瘤效果。ZNNPs@FA处理的小鼠表现出明显的肿瘤生长抑制，说明肿瘤内源性H 2S的消耗可以抑制肿瘤生长；更值得注意的是，与对照组相比，接受ZNNPs@FA和660 nm激光辐射的组别在第20天的肿瘤抑制率约为89.3%。这些结果有力地证明了该H 2S可激活的探针ZNNPs@FA不仅能够通过清除内源性H2S抑制肿瘤生长，而且在660 nm激光辐射下具有较高的抗肿瘤活性。
图6. 利用ZNNPs@FA对HCT116皮下瘤的体内光动力疗法
【小结】
总的来说，该工作开发了一种智能的、H 2S响应的、可消耗H 2S的纳米平台ZNNPs，并展示了其在结直肠肿瘤治疗中内源性H 2S定量可视化和消耗以及活化光动力效应的实用性。该研究表明,纳米探针ZNNP对小鼠活体H 2S的比率型光声响应提供了更深层次的成像渗透性和增强定量检测硫化氢的灵敏度,这将促进硫化氢相关肝脏障碍,脑损伤和肿瘤体内的研究。因此，这种智能硫化氢响应纳米平台的设计和应用可能为硫化氢相关疾病的精确诊断和有效干预开辟一条新的道路。
–3D打印白皮书–
–帮测科技–
参考文献：
Zhang, Y., Fang, J., Ye, S. et al. A hydrogen sulphide-responsive and depleting nanoplatform for cancer photodynamic therapy. Nat Commun 13, 1685 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41467-022-29284-7.
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
苏州大学 考研(苏州大学考研专业目录及分数线)
未经允许不得转载：上海考研论坛 » 苏州大学 考研(苏州大学考研专业目录及分数线)
