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研究背景：

針對(duì)上述問(wèn)題，深圳大學(xué)黃鵬教授課題組將CAT與PS共組裝成酶-光敏一體化納米粒，既解決PS疏水聚集又實(shí)現(xiàn)原位供氧；進(jìn)一步將該納米粒載入微針（MN）陣列，構(gòu)建無(wú)痛、透皮、局部遞送系統(tǒng)。MN貼片可一次性穿透皮膚直達(dá)腫瘤，避開(kāi)全身給藥的血流清除與毒副作用，持續(xù)釋放CAT-PS納米粒，在瘤內(nèi)催化H₂O₂產(chǎn)氧并同步進(jìn)行PDT，從而同時(shí)克服“缺氧”和“遞送”雙重障礙，顯著提升治療效果與生物安全性。該文章于2025年7月4日以《Activatable Enzymatic Nanoplatform Incorporated into Microneedle Patch for Relieving Tumor Hypoxia Augmented Photodynamic Therapy》為題發(fā)表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.202504258）。

Scheme 1. 腫瘤微環(huán)境（TME）響應(yīng)型光敏劑-過(guò)氧化氫酶納米粒（PS@CAT NPs）的合成示意圖，及其整合入微針（MN）貼片用于自供氧光動(dòng)力療法（PDT）的過(guò)程

（1）PS@CAT納米粒的設(shè)計(jì)與表征

以還原型谷胱甘肽斷開(kāi)CAT天然二硫鍵，再氧化重建分子間二硫鍵，驅(qū)動(dòng)CAT與疏水光敏劑HPPH、Ce6或ZnPc自組裝，分別得到無(wú)載體納米粒HGC、CGC、ZGC。TEM圖像（圖1a-c）顯示三者均呈規(guī)則球形、單分散；DLS測(cè)得平均水合粒徑146.7 nm、123.0 nm、140.6 nm，ζ電位均為負(fù)值（圖1d-f）。UV–vis光譜（圖1g–i）在400/680 nm、402/662 nm、356/683 nm處出現(xiàn)HPPH、Ce6、ZnPc特征峰，證實(shí)光敏劑被載入。

圖1. PS@CAT納米粒的設(shè)計(jì)與表征。a-c）HGC、CGC與ZGC的代表性TEM圖像；d-f）HGC、CGC與ZGC的水合粒徑分布；g-i）HGC、CGC與ZGC的紫外-可見(jiàn)吸收光譜

（2）PS@CAT納米粒的酸響應(yīng)解離與催化活性恢復(fù)

PS@CAT納米粒在pH 7.4條件下幾乎無(wú)催化活性，當(dāng)pH降至6.5或5.0并孵育12 h后，240-330 nm UV–vis吸收顯著降低，DO測(cè)定顯示其以濃度依賴(lài)方式分解H₂O₂并釋放O₂（圖2a-f）。MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC貼片在pH 5.0時(shí)的累計(jì)釋放率分別達(dá)≈60%、≈70%、≈100%，遠(yuǎn)高于pH 7.4（圖2g-i）。DPBF探針實(shí)驗(yàn)表明，隨pH由7.4降至5.0，三種納米粒產(chǎn)生的¹O₂導(dǎo)致DPBF降解速率持續(xù)上升，且在含H₂O₂的pH 5.0體系中降解最快（圖2j-l）。

圖2. PS@CAT納米粒的酸響應(yīng)解離與催化活性恢復(fù)。a-c）不同pH條件下經(jīng)指定處理后，H₂O₂（20 mm）溶液在240 nm處的紫外吸收變化；d-f）將經(jīng)pH 5.0 PBS預(yù)孵育12 h的HGC（0、1、5、10、15、20 μg mL^-1）、CGC（0、1、2、4、6、8 μg mL^-1）和ZGC（0、2、4、6、8、10 μg mL^-1）分別加入500 μmH₂O₂溶液后的產(chǎn)氧動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)；g-i）MN-HGC、MN-CGC與MN-ZGC貼片在pH 7.4、6.5和5.0 PBS中光敏劑HPPH、Ce6與ZnPc的累積釋放曲線(xiàn)；j-l）經(jīng)pH 7.4、6.5和5.0 PBS預(yù)孵育12 h的HGC、CGC或ZGC納米粒加入H₂O₂溶液后，在660 nm激光照射下DPBF的歸一化降解速率（A/A₀）隨時(shí)間變化

（3）基于PS@CAT納米粒的微針貼片構(gòu)建

MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC貼片通過(guò)PDMS模具（10×10陣列，針高≈850 μm）制備，SEM顯示彈頭狀針尖完整，表面因載入納米粒而呈粗糙（圖3a-c）；立體鏡下針尖顏色由空白HA的淺黃分別轉(zhuǎn)為HGC、CGC、ZGC對(duì)應(yīng)色（圖3d-f）。小鼠皮膚10 min貼敷后，針體完全插入，殘留基底無(wú)色素，皮膚表面留有對(duì)應(yīng)色點(diǎn)，H&E染色均見(jiàn)均勻微孔（圖3g-i），斷裂力分別為2.1、2.3、2.2、2.3 N/needle（圖3j）。以RhB替代PS，雙光子成像顯示MN-ZGC-RhB 10 min穿透≈300 μm，跨越角質(zhì)層（圖3k）。IVIM活體成像顯示，尾靜脈注射RhB標(biāo)記血管后貼MN-ZGC，ZnPc熒光0–24 h由0升至1822.8 a.u.，伴隨毛細(xì)血管形態(tài)中斷，提示酸性TME觸發(fā)納米粒釋放并延長(zhǎng)瘤內(nèi)滯留（圖3l-m）。

圖3. 基于PS@CAT納米粒的微針貼片構(gòu)建。a-c）MN-HGC、MN-CGC與MN-ZGC貼片的代表性SEM圖像；d-f）MN-HGC、MN-CGC與MN-ZGC貼片45°視角的代表性立體顯微鏡圖像；g-i）小鼠皮膚H&E染色圖像，顯示貼敷MN-HGC、MN-CGC與MN-ZGC貼片后形成的微孔；j）MN-HGC、MN-CGC與MN-ZGC貼片的機(jī)械性能（斷裂力）；k）MN-ZGC-RhB貼片貼敷小鼠皮膚10 min后，RhB熒光信號(hào)的3D重建圖；l、m）MN-ZGC貼片貼敷小鼠右背側(cè)后，不同時(shí)間點(diǎn)ZnPc熒光強(qiáng)度的相對(duì)定量及3D重建圖

（4）PS@CAT納米粒體外增強(qiáng)PDT效果

4T1細(xì)胞對(duì)HGC、CGC、ZGC的攝取呈時(shí)間依賴(lài)性，激光照射后，HGC、CGC、ZGC表現(xiàn)出濃度依賴(lài)性的光毒性，IC80濃度分別為1 μg mL^-1、10 μg mL^-1和40 μg mL^-1，對(duì)應(yīng)細(xì)胞死亡率超過(guò)80%；而在相同條件下，以BSA為載體的對(duì)照組（HGB、CGB、ZGB）細(xì)胞存活率顯著升高，提示CAT的引入增強(qiáng)了PDT效果（圖4a-c）。CA/PI雙染顯示，無(wú)光處理時(shí)細(xì)胞幾乎無(wú)死亡，激光照射后HGC、CGC、ZGC組出現(xiàn)大量紅色熒光（死細(xì)胞），表明顯著的光毒性（圖4d）。流式細(xì)胞術(shù)進(jìn)一步證實(shí)，游離PS組（HPPH、Ce6、ZnPc）激光照射后晚期凋亡率分別為24.7%、15.7%、26.8%，而HGC、CGC、ZGC組凋亡率顯著提高，分別為對(duì)照組的2.6-3.9倍、1.7-6.3倍和3.9-3.4倍，顯示CAT介導(dǎo)的O₂生成增強(qiáng)了PDT誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡（圖4e-h）。

圖4. PS@CAT納米粒體外增強(qiáng)PDT效果。a-c）HGB與HGC、CGB與CGC、ZGB與ZGC對(duì)4T1細(xì)胞的暗毒性與光毒性對(duì)比；d）與上述納米粒共孵育后，4T1細(xì)胞在有無(wú)激光照射下的CA/PI熒光染色圖；e）流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)游離光敏劑（HPPH、Ce6、ZnPc）及各類(lèi)納米粒（HGB、HGC、CGB、CGC、ZGB、ZGC）激光照射后4T1細(xì)胞凋亡的散點(diǎn)圖；f–h）對(duì)應(yīng)的凋亡率定量柱狀圖

（5）氧化應(yīng)激增強(qiáng)PDT療效

激光照射后，HGC、CGC、ZGC組DCFH-DA熒光分別升至空白對(duì)照的10.0、7.6、8.6倍，較游離HPPH(+)、Ce6(+)、ZnPc(+)及其對(duì)應(yīng)BSA納米粒HGB(+)、CGB(+)、ZGB(+)分別提高1.8-4.0倍（圖5a-b）。JC-1探針顯示線(xiàn)粒體膜電位紅/綠熒光比值降至1.1±0.5、1.0±0.2、1.6±0.3，顯著低于游離PS組（4.0-7.3）及PS@BSA組（2.9-5.1）（圖5c-d）。C11-BODIPY脂質(zhì)過(guò)氧化探針紅/綠比值<2，亦明顯低于游離PS（4.1-5.2）及PS@BSA組（2.5-3.1）（圖5e-f）。

圖5. 氧化應(yīng)激增強(qiáng)PDT療效。a、b）激光照射后不同處理組4T1細(xì)胞ROS水平的典型熒光圖及定量分析；c、d）激光照射后不同處理組JC-1染色的典型熒光圖及定量分析；e、f）激光照射后不同處理組BODIPY染色的典型熒光圖及定量分析

（6）體內(nèi)FL與PA成像

體內(nèi)FL成像顯示，MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC貼片腫瘤區(qū)信號(hào)持續(xù)增強(qiáng)至24 h，峰值分別為15.0×10⁸、16.6×10⁸、3.2×10⁸；離體腫瘤FL強(qiáng)度達(dá)13.8×10⁸、20.1×10⁸、3.0×10⁸，顯著高于其他器官（圖6a-l）。PA成像表明，12 h時(shí)MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC組sO2由≈10%分別升至33.9%、31.3%、28.3%，并維持至24 h；無(wú)CAT對(duì)照組（MN-HGB、MN-CGB、MN-ZGB）及游離CAT組sO2迅速回落，12 h僅≈12%（圖6m-r）。

圖6. 體內(nèi)FL與PA成像。a-b) 4T1荷瘤小鼠在MN-HGC貼片應(yīng)用前及不同時(shí)間點(diǎn)的體內(nèi)FL圖像，以及貼敷24 h后主要器官與腫瘤的離體FL圖像；c-d) 圖a小鼠HPPH FL強(qiáng)度定量及圖b主要器官（心He、肝Li、脾Sp、肺Lu、腎Ki）與腫瘤（Tu）的FL定量；e-f) 4T1荷瘤小鼠在MN-CGC貼片應(yīng)用前及不同時(shí)間點(diǎn)的體內(nèi)FL圖像，以及24 h后主要器官與腫瘤的離體FL圖像；g-h) 圖e小鼠Ce6 FL強(qiáng)度定量及圖f主要器官與腫瘤的FL定量；i-j) 4T1荷瘤小鼠在MN-ZGC貼片應(yīng)用前及不同時(shí)間點(diǎn)的體內(nèi)FL圖像，以及24 h后主要器官與腫瘤的離體FL圖像；k-l) 圖i小鼠ZnPc FL強(qiáng)度定量及圖j主要器官與腫瘤的FL定量；m-o) 4T1荷瘤小鼠在MN-HGB vs MN-HGC、MN-CGB vs MN-CGC、MN-ZGB vs MN-ZGC貼片應(yīng)用前后的腫瘤sO₂體內(nèi)PA圖像。P-r) 對(duì)應(yīng)各時(shí)間點(diǎn)腫瘤區(qū)域總sO₂水平的定量分析

（7）體內(nèi)抗腫瘤效果

4T1荷瘤鼠（≈80–100 mm³）分十組：Control、MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC及其激光組，MN-HGB(+)、MN-CGB(+)、MN-ZGB(+)為無(wú)CAT對(duì)照。無(wú)激光時(shí)腫瘤生長(zhǎng)與Control無(wú)差異；激光照射（660 nm，100 mW cm^-2，30 min）后，MN-HGB(+)、MN-CGB(+)、MN-ZGB(+) 僅短暫抑瘤，14天抑制率分別為79.1%、71.8%、64.4%且全部復(fù)發(fā)。MN-HGC(+)、MN-CGC(+)、MN-ZGC(+)抑瘤持續(xù)，14天抑制率98.5%、95.4%、86.9%（圖7b-g）。免疫熒光：非CAT組HIF-1α高表達(dá)，CAT組無(wú)論是否激光均保持低表達(dá)（圖7h）。H&E顯示CAT組核固縮、胞漿破裂最嚴(yán)重；Ki67陰性細(xì)胞增多，TUNEL綠色熒光最強(qiáng)，證實(shí)增殖受抑、凋亡增加（圖7h）。

圖7. 體內(nèi)抗腫瘤效果。a) 抗腫瘤實(shí)驗(yàn)的治療方案示意圖；b-d) 不同處理組4T1荷瘤小鼠的平均腫瘤生長(zhǎng)曲線(xiàn)；e-f) 各組小鼠處死后的腫瘤質(zhì)量及對(duì)應(yīng)腫瘤照片；g) 各組單個(gè)腫瘤的生長(zhǎng)曲線(xiàn)；h) 對(duì)各組腫瘤組織進(jìn)行HIF-1α免疫熒光、H&E組織學(xué)、Ki67增殖評(píng)估及TUNEL凋亡檢測(cè)