本文要點：亞細胞靶向治療近年已成為癌癥治療的重要策略，而線粒體被認(rèn)為是癌癥治療的潛在靶點。同時硫化銀量子點（Ag2S QDs）在近紅外熒光與光聲成像及光熱治療領(lǐng)域展現(xiàn)出良好性能。因此，開發(fā)具有線粒體靶向能力的Ag2S QDs具有重要意義。利用硫辛酸（一種參與細胞呼吸的酶促底物）作為配體和線粒體靶向分子的特性，本研究開發(fā)了一種簡易合成水相Ag2S QDs方法。該量子點具有優(yōu)異水溶性和生物相容性，可一步制備并作為線粒體靶向診療一體化材料。通過吸附阿霉素（DOX），研究者成功構(gòu)建了名為Ag2S-DOX的多功能納米探針。體外與體內(nèi)實驗表明，Ag2S-DOX適用于熒光與光聲雙模成像，并實現(xiàn)線粒體靶向化療-光熱協(xié)同治療，為腫瘤治療提供了創(chuàng)新方案。

活體成像設(shè)備

本研究通過多種實驗手段驗證了一步法制備Ag2S QDs在水溶性、穩(wěn)定性和粒徑均一性方面的可靠性。透射電子顯微鏡（TEM）結(jié)果顯示合成的Ag2S QDs具有良好分散性和均一性（圖1A），其平均粒徑約為5.85 nm。高分辨TEM圖像顯示約0.283 nm的晶格間距（圖1B），證實所制備QDs為Ag2S納米晶體。元素分布圖譜顯示納米探針中存在Ag和S元素（圖1C-F），進一步佐證Ag2S QDs的成功合成。C的1s譜圖在284.4、285和288.5 eV處顯示特征峰，分別對應(yīng)C-C單鍵、C=C雙鍵及C-S鍵（圖1G）。Ag 3d能譜呈現(xiàn)367.8 eV（3d5/2）和373.8 eV（3d3/2）兩個特征峰（圖1H），而S的2p譜圖在161、161.9、162.8和163.3 eV處的四個峰與文獻報道一致（圖1I），確認(rèn)Ag為+1價態(tài)、S為-2價態(tài)，表明游離硫辛酸（LA）修飾的Ag2S QDs成功制備。該Ag2S QDs在近紅外區(qū)域具有顯著吸收，并于808 nm近紅外光激發(fā)下在1120 nm處產(chǎn)生強烈熒光發(fā)射峰（圖1J），充分展現(xiàn)其在深層組織成像中的應(yīng)用潛力。

圖1. Ag2S QDs的表征

Ag2S QDs紅外譜圖中2930 cm?1處的羧酸特征峰，證實LA已成功修飾于QDs表面（圖1K）。Ag2S QDs的水合直徑分布在9-16 nm范圍內(nèi)（圖1L），表面電荷為-43.67±0.46 mV，且循環(huán)過程中保持穩(wěn)定（圖1M）。在25℃條件下儲存30天后，其粒徑與Zeta電位仍保持穩(wěn)定，表明QDs具有優(yōu)異穩(wěn)定性（圖1N）。實驗表明，熒光與光聲強度隨QDs濃度增加而增強，證實納米探針具備良好成像性能（圖1O,P）。熒光與光聲信號強度均與濃度呈正相關(guān)。

圖2. Ag2S QDs的光熱性能表征

光熱性能測試中，當(dāng)Ag2S QDs濃度為1 mg/mL時，在1.5 W/cm2激光照射5分鐘后溫度升至61.4℃。相同濃度下，功率密度越高，QDs升溫越顯著（圖2A,B）；而相同功率密度下，溫度升幅隨QDs濃度增加而增大（圖2C,D）。多次激光循環(huán)照射實驗表明Ag2S QDs具有優(yōu)異光熱穩(wěn)定性（圖2E）。經(jīng)計算光熱轉(zhuǎn)換效率達48.94%。實驗證實所制備的Ag2S QDs具備優(yōu)異光熱性能，可應(yīng)用于腫瘤光熱治療。

圖3. 1 mg Ag2S量子點對不同質(zhì)量DOX的載藥效率和包封率，n=3

材料往往處于較低能量狀態(tài)。表面能越高，這種趨勢越強。該趨勢使得Ag2S量子點具有強吸附能力。利用Ag2S量子點的高比表面積吸附阿霉素（DOX），形成載藥納米探針（Ag2S-DOX）。將不同質(zhì)量的DOX與1 mg Ag2S量子點加入1 mL PBS溶液中發(fā)現(xiàn)，載藥量隨DOX質(zhì)量增加逐漸升高，而包封效率逐漸降低（圖3A）。Ag2S-DOX的熒光光譜中出現(xiàn)DOX的特征發(fā)射峰，證明DOX已成功負(fù)載于Ag2S量子點（圖3B）。定量實驗可為DOX釋放的可控性提供更具說服力的研究結(jié)果。當(dāng)pH=5.4時，72小時內(nèi)的DOX釋放效率達59.03%±1.70%，而pH=7.4條件下僅為12.16%±2.08%（圖3E）。激光照射使DOX釋放速率顯著提升，未輻照時釋放進程則趨于平緩，經(jīng)五次輻照后DOX累計釋放率達52.21%±0.77%（圖3F）。

圖4. Ag2S QDs體外實驗

納米探針的低毒性及良好生物安全性對其臨床應(yīng)用至關(guān)重要。采用CCK-8試劑盒檢測不同濃度納米探針（0、15.6、31.3、62.5、125、250、500 μg/mL）對細胞生長的影響。當(dāng)探針濃度達500 μg/mL時，各組細胞存活率仍高于85%（圖4A），表明Ag2S量子點具有低細胞毒性及良好生物相容性。為評估納米探針在血液中的安全性，開展溶血實驗。400 μg/mL Ag2S量子點與紅細胞共孵育8小時后，溶血率仍低于3%（圖4B），表明其適用于體內(nèi)應(yīng)用。通過檢測細胞中近紅外熒光（NIR FI）及光聲成像（PAI）能力，證實Ag2S量子點為優(yōu)異的造影劑。隨著孵育時間延長，細胞內(nèi)Ag2S量子點數(shù)量顯著增加，NIR熒光及光聲信號逐漸增強（圖4C、4D），表明其可被細胞攝取并通過熒光/光聲成像實時監(jiān)測。采用Calcein AM/PI雙染法可視化觀察Ag2S量子點的光熱治療效果。未加載納米探針的激光輻照細胞呈現(xiàn)綠色熒光，表明細胞活性良好；而加載探針并進行808 nm激光（1.5 W/cm2）輻照10分鐘后，紅色PI染色細胞數(shù)量隨孵育時間增加顯著上升（圖4E），與光聲成像結(jié)果一致，證明光熱治療效果與量子點吞噬量正相關(guān)。為避免熱耐受并增強療效，聯(lián)合DOX的光熱-化療可更消除腫瘤。細胞死亡率隨探針濃度增加呈梯度上升（圖4F），驗證協(xié)同治療優(yōu)勢。激光輻照后，隨孵育時間延長，DOX逐漸釋放至細胞核（圖4G）。結(jié)合圖3B不同探針熒光特征，推測圖4G中紅色熒光較弱是由于未釋放的DOX仍被Ag2S猝滅，僅釋放部分可顯現(xiàn)熒光，驗證近紅外激光可精準(zhǔn)調(diào)控細胞內(nèi)DOX釋放。

圖5. Ag2S QDs細胞實驗

通過激光共聚焦掃描顯微鏡成像實驗驗證LA的靶向能力（圖5A）。鑒于Ag2S量子點無法觀測熒光，實驗采用FITC替代表征。FITC-Mal經(jīng)LA修飾后獲得線粒體靶向能力，結(jié)果顯示無靶向能力的游離FITC-Mal在細胞中僅呈現(xiàn)微弱綠色熒光，而具有線粒體靶向能力的FITC-LA可進入細胞，其綠色熒光與線粒體特異性染料的紅色熒光幾乎重疊（合并后呈黃色），證實LA具有優(yōu)異的線粒體靶向能力。通過透射電鏡觀察細胞超薄切片可清晰看到Ag2S量子點在線粒體中特異性富集（圖5B），紅色方框區(qū)域為線粒體嵴結(jié)構(gòu)，進一步佐證其靶向能力。圖5C、D分別為不同處理后不同細胞的存活率。結(jié)果顯示光熱治療聯(lián)合DOX給藥組的細胞存活率低，證明聯(lián)合治療的高效性。

圖6. Ag2S QDs體內(nèi)成像實驗

當(dāng)腫瘤體積達80 mm3時啟動體內(nèi)成像及治療實驗。通過尾靜脈注射納米探針后，采用光聲成像（PAI）與熒光成像（FI）系統(tǒng)對小鼠進行動態(tài)評估。體內(nèi)治療實驗的成像結(jié)果顯示，Ag2S量子點在腫瘤部位富集水平于注射后約12小時達到峰值，故選擇此時段開展治療并觀察不同處理組小鼠的腫瘤體積、體重及相關(guān)體征變化（圖6A）。實驗證實，隨時間推移納米探針在腫瘤部位持續(xù)富集，12小時PA與FI信號強度達到最大值（圖6B、6C），凸顯Ag2S量子點優(yōu)異的成像性能。值得注意的是，24小時后大部分探針已代謝清除，印證其安全性優(yōu)勢。通過尾靜脈向荷瘤BALB/c裸鼠注射不同探針，并依據(jù)PAI/FI結(jié)果于12小時后實施治療。熱成像顯示，Ag2S量子點組與Ag2S-DOX組腫瘤溫度顯著高于PBS組及DOX組，證實Ag2S量子點具備優(yōu)良光熱性能（圖6D）。隔日記錄的腫瘤體積顯示：PBS組腫瘤增殖最快，Ag2S量子點組無明顯抑制作用，而DOX組與Ag2S-DOX組可有效延緩腫瘤生長，其中Ag2S-DOX+激光組抑制效果最為顯著。結(jié)合腫瘤抑制率與生存率分析，光熱-化療聯(lián)合策略展現(xiàn)出更優(yōu)療效。然而，Ag2S量子點+激光組與Ag2S-DOX+激光組仍存在腫瘤復(fù)發(fā)（治療14天后復(fù)發(fā)率分別為50%與25%），進一步佐證多模式聯(lián)合治療的必要性（圖6F）。

各組小鼠體重在14天內(nèi)無顯著波動（圖6G），提示其良好的生物安全性。通過ICP-MS分析Ag+含量發(fā)現(xiàn)，注射24小時后量子點于腫瘤部位富集量達峰值，雖與成像峰值時間（12小時）存在差異，但治療實驗表明該富集量足以產(chǎn)生顯著療效。此外，血液中量子點的半衰期僅為0.47小時（圖6I），表明其快速代謝特性可降低潛在副作用。綜合結(jié)果表明，Ag2S量子點可通過增強滲透滯留效應(yīng)（EPR效應(yīng)）實現(xiàn)腫瘤精準(zhǔn)成像與治療，同時兼具代謝優(yōu)勢。

本研究在注射后0、0.25、1、3和7天收集小鼠的心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟以計算器官系數(shù)（圖6J a–e）。結(jié)果顯示，實驗組的器官系數(shù)與對照組相比無顯著變化，且均處于正常范圍內(nèi)。在注射納米探針后對小鼠進行血常規(guī)、血液生化分析及主要器官組織學(xué)分析。結(jié)果顯示，在注射6小時后出現(xiàn)變化，但7天內(nèi)恢復(fù)正常（圖6J f–i）。為研究注射對小鼠肝腎功能的影響，對丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）、尿素氮（BUN）和堿性磷酸酶（ALP）進行分析。類似地，所有四項指標(biāo)在注射后輕微波動，但7天內(nèi)恢復(fù)至正常水平，表明Ag2S量子點未對小鼠造成顯著損傷（圖6J j–m）。此外，實驗期間小鼠攝食正常，總體體重未出現(xiàn)顯著變化（圖6J n, o）。上述結(jié)果均證實納米探針具有低毒性和良好的生物安全性。器官的H&E染色結(jié)果顯示，對照組與實驗組在注射后0.25、1、3和7天的心臟、肝臟、脾臟、肺、腎臟和小腸結(jié)構(gòu)均無顯著變化（圖6K），表明Ag2S量子點對這些器官幾乎無毒性，進一步支持其安全性。

參考文獻

Xuan Y, Su Z, Guan M, et al. Lipoic Acid Capped Ag2S Quantum Dots for Mitochondria-Targeted NIR-II Fluorescence/Photoacoustic Imaging and Chemotherapy/Photothermal Treatment of Tumors[J]. ACS Applied Nano Materials, 2025, 8(8): 3737-3748.

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動物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS 

In Vivo Imaging System

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