纳米材料光疗法包括光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）。PTT利用光能吸收剂将光能转化为热能导致细胞死亡。PDT利用光敏剂（PS）在光照下产生活性氧（ROS），引起氧化应激和细胞膜损伤，最终杀死癌细胞。
自2015年以来，基于黑磷（BP）的纳米材料因其优良的生物相容性、生物降解性和生物安全性成为一种新型的生物医用无机材料。尽管近年来在基于黑磷的光疗方面取得了进展，但其治疗效果仍然面临挑战。
如何在靶点产生热或ROS而诱导出细胞毒性，而不会损伤周围的生物组织。南京工业大学先进材料研究院董晓臣教授课题组在功能化黑磷纳米片（BP-NSs）的基础上，开发了一种成像引导的线粒体靶向光热/光动力纳米系统。
该论文以题为“Functional black phosphorus nanosheets for mitochondria-targeting photothermal/photodynamic synergistic cancer therapy”发表在《Chemical Science》上。
基于纳米材料的细胞器靶向光疗因其具有微创性、选择性好、治疗效率高、副作用小、并发症少等优点，被认为是一种很有前途的肿瘤治疗方法。
图1 本工作的材料制备以及肿瘤光疗示意图
在该工作中， BP-NSs先被聚多巴胺（PDA）包被，然后通过氨基和羧基之间的碳二亚胺反应与二氢卟吩e6（Ce6）和三苯基膦（TPP）共价连接，从而构建了BP@PDA-Ce6&TPP-NSs纳米复合物。
在该纳米体系中，PDA在BP NSs上形成共形层，可以提高其光热转换效率，提供氨基锚点以实现进一步的功能化，并增强了BP NSs的稳定性。Ce6具有较好的ROS生成能力和近红外荧光，可用于PDT和荧光成像。而TPP可以通过膜电位提供线粒体靶向能力。
图2 BP NSs, BP@PDA NSs, BP@PDA–Ce6 NSs以及BP@PDA–Ce6&TPP-NSs的表征谱图
论文作者首先检测了纳米体系的光热性能：在660 nm激光的照射下，相对于未被PDA修饰的BP-NSs, BP@PDA提高了光热转换效率（从26.6%提高到33.2%）。
由于BP@PDA在近红外区的强吸收和Ce6较高的ROS生成效率，BP@PDA-Ce6和BP@PDA-Ce6&TPP-NSs在660nm激光照射下皆呈现出良好的ROS生成能力。
图3 水溶液中BP@PDA-NSs, BP@PDA–Ce6-NSs以及BP@PDA-Ce6&TPP-NSs的光热特性
随后，通过共焦成像跟踪Ce6荧光信号，作者研究了BP@PDA-Ce6&TPP-NSs的线粒体靶向能力。将HeLa细胞与BP@PDA-Ce6&TPP-NSs孵育，HeLa细胞的两个通道的荧光图像有很好的重叠，表明BP@PDA-Ce6&TPP-NSs在线粒体中呈现出选择性的聚集。
得益于Ce6的内源性近红外荧光和BP@PDA的高吸光度，论文作者采用活体荧光和红外热像技术研究了成像引导的体内PDT/PTT治疗效果。结果证明，用激光照射BP@PDA-Ce6&TPP-NSs的小鼠，肿瘤逐渐缩小，留下黑色结痂，然后在14天内完全治愈，证明了BP@PDA-Ce6&TPP-NSs通过线粒体靶向协同PTT/PDT展现出优良的肿瘤消融效果。
图4 不同纳米体系的共焦荧光图像（a-b）、细胞活性实验（c-d）、流式细胞分析（e–h）
图5 不同纳米体系的体内光热/光动力协同肿瘤治疗
该工作通过体内荧光成像实现了实时监测的光热和光动力联合治疗，在抑制肿瘤生长方面取得了优异的效果。本研究提出了一种新的以线粒体为靶点的纳米生物治疗制剂，为生物医学开辟了新的视野。
该论文第一作者是南京工业大学Xiaoyan Yang，通讯作者为南京工业大学闾敏博士、宋雪娇博士以及董晓臣教授，南京工业大学为第一完成单位。
【文章链接】Functional black phosphorus nanosheets for mitochondria-targeting photothermal/photodynamic synergistic cancer therapyXiaoyan Yang, Dongya Wang, Jiawei Zhu, Lei Xue, Changjin Ou, Wenjun Wang, Min Lu, Xuejiao Song, Xiaochen DongChemical Science, 2019-02-21DOI: 10.1039/c8sc04844d
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