化疗可以****的生长，甚至在一定程度上****转移，从而提高了**症患者的生存率。然而，由于**剂在组织中的非特异性分布以及药代动力学活性，临床上**症**经常会出现低疗效和不良副作用等问题。靶向配体修饰的策略只能稍微增加**剂在**部位的积累，因此不能很好地解决这些问题。目前一些只能被**症相关生物标记物激活后才能有活性的**剂已经被开发。但是，**相关的内源性生物标志物通常也存在于正常细胞和组织，因此这些生物标志物激活的**剂仍然有低的靶向选择性的问题。

外源性刺激可以很好地控制**剂的活性。其中，光具有无创性，操作简单，以及高的时空分辨率等优点。在**分子的活性位点嵌入某些光敏的片段是制备光活化的**剂的**方法。但是，大多数现有的光敏片段仅对具有较浅的组织穿透深度（0.5-2.5 mm）的紫外或可见光（100-700 nm）具有响应性，因此这些光活化**剂的应用具有很大的局限性。而近红外（NIR）光（700-1000 nm）具有更深的组织穿透深度（~1 cm），因此可以用于**剂的光活化。

【成果简介】

南洋理工大学的浦侃裔教授总结了半导体聚合物纳米材料（SPN）用于**症**的近红外光激活**剂的相关研究成果。SPN是由π共轭聚合物制备而来，可**地将NIR光转换为热或单线态氧（¹O₂），从而激活热或¹O₂响应的**剂。将**剂负载或偶联到SPN可以制备热响应的基于SPN的**剂。例如，光热引发的**剂释放会特异性激活细胞膜上的某些蛋白质离子通道，从而导致离子过量引起的线粒体功能障碍，进而导致**细胞凋亡。此外，温度敏感的菠萝蛋白酶的光热活化可以促进胶原蛋白的降解，从而增加纳米颗粒在**组织中的富集，扩大**效果。将SPN与****通过乏氧或¹O₂响应片段共价偶联可以制备¹O₂可激活的基于SPN的****。在近红外光照射下，SPN消耗氧气产生¹O₂，导致光动力疗法（PDT），同时切断乏氧或¹O₂响应片段，从而引发**剂的可控释放。这种基于SPN的****的远程活化可用于活体动物**部位诱导DNA损伤，降解核糖核酸，**蛋白质生物合成或激活免疫系统。通过PDT和NIR光活化的生物行为的协同作用，这些****可**消除**，甚至完全****转移。该成果以题为“Semiconducting Polymer Nanomaterials as Near-Infrared Photoactivatable Protherapeutics for Cancer”发表在国际**期刊Acc. Chem. Res.上。

【图文导读】

图1.基于SPNs的光激活**剂的制备

（a）通过纳米沉淀制备SPN的示意图，SP1和两亲性聚合物的化学结构式以及SPN1的透射电子显微照片

（b）通过自组装制备SPN的示意图，SP2-PEG，响应性片段和**剂的化学结构式以及SPN2的透射电子显微照片

（c）¹O₂诱导的¹O₂响应性片段裂解的机制

图2.光热活化半导体聚合物纳米兴奋剂用于**症的**

（a）用于特定**症**的光热激活SPN1-C的示意图

（b）SPN1-C的合成

（c）SPN1-C介导的TRPV-1 Ca²⁺通道光热活化的机理

（d）SPN1-C和SPN1-0处理后经808 nm光照射35 s后的U373细胞和HeLa细胞的荧光图像

（e）荷瘤小鼠的**方案

（f,g）不同**方式后U373**和HeLa**的**生长曲线

图3.光热可活化半导体聚合物纳米酶用于**症的**

（a）SPN2-Bro的光热活化用于胶原蛋白降解和增强**组织中纳米颗粒富集的示意图

（b）SPN2-Bro的合成

（c）以肽苄氧羰基-精氨酸-精氨酸-对硝基苯胺（Z-A-A-pNA）为底物，经光照射（808 nm）后SPN2-Bro的酶活性分析

（d）在有或没有808 nm光照射下SPN2-Bro的明胶消化分析

（e）通过瘤内注射生理盐水，SPN2或SPN2-Bro后，在有或没有808 nm光照射的情况下4T1**的免疫荧光胶原蛋白I染色图像

（f）尾静脉内注射SPN2或SPN2-Bro后，经808 nm光照射的4T1荷瘤小鼠的近红外荧光图像

（g）在808 nm光照射下4T1荷瘤小鼠的热图像

（h）不同**方式后4T1**的生长曲线

图4.乏氧激活的半导体聚合物纳米前药用于**症**

（a）SPN2pd用于乏氧激活的协同PDT和化疗的示意图

（b）在808 nm光辐照下，SPN2pd和SPN2c引发的¹O₂生成

（c）SPN2pd的活化和释放**的机制示意图

（d）激活后的NADH，IPM-Br和SPN2pd的**液相色谱图

（e,f）在常氧和乏氧环境中，不同浓度的SPN2c或SPN2pd处理后4T1**细胞的细胞活性

（g）不同处理方式后小鼠**的免疫荧光caspase-3染色图像

图5.¹O₂激活的半导体聚合物纳米酶和纳米阻滞剂用于**症**

（a）SPN光活化介导的RNA降解和蛋白合成**用于**症**的示意图

（b）OSPE光活化介导的细胞内RNA降解和协同**症**的机制

（c）在有或无H₂O₂的情况下，经808 nm光照后OSPE的酶活性分析

（d）经过不同的处理方式， 4T1**细胞中RNA的琼脂糖凝胶电泳

（e）不同**后小鼠**的免疫荧光嘌呤霉素结合蛋白染色图像

（f）不同**后小鼠**的生长曲线

（g）不同处理后小鼠肺转移的H＆E染色图像

（h）在SPN2B或SPN2C介导的**后，4T1荷瘤小鼠的**中HGF，MTA2和VCAM-1表达量

图6.有机半导体聚合物纳米刺激物用于**症的光激活免疫**

（a）OSPS介导的免疫激活用于联合**症**的示意图

（b）用于自组装成OSPS的两亲聚合物（SP2-PEG-PSDA-NLG919）的化学结构式和OSPS的NIR光活化机理

（c）经808 nm光照射后OSPS的HPLC图谱

（d）OSPS介导的****生长及肺转移的**症**的示意图

（e）OSPS介导的NIR光活化**症免疫**的总结图

【总结】

在这个工作中，作者总结了近期SPN用于近红外光激活的****剂的相关研究成果。SPN可以将NIR光转换为热或¹O₂，从而导致**剂的活化。基于SPN的光激活****可以远程和无创地激活特定的生物行为，例如Ca²⁺通道的开启，ECM降解，基因转录，DNA损伤，RNA降解，蛋白质生物合成**或活体动物**微环境中的免疫反应的激活。这些光活化的**剂可以实现**的**症**，因此不仅改善了**效果，而且降低了毒副作用。

文献链接：

Semiconducting Polymer Nanomaterials as Near-Infrared Photoactivatable Protherapeutics for Cancer. Acc. Chem. Res., 2020, DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00569.

通讯作者简介

浦侃裔，现任新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院副教授；2011年于新加坡国立大学获得博士学位，同年作为博士后加入斯坦福大学从事分子影像学研究，2015年6月以副教授受聘于南洋理工大学。

近年来，浦侃裔教授课题组主要探索有机材料在生物医学光子学中应用。目前主要(i)针对临床需求开发智能响应型活体荧光、自发光及光声成像分子探针用于早期疾病诊断;(ii) 针对基础生物医学开发基于半导体聚合物(SPN：semiconducting polymer nanoparticles)的纳米光子转换器用于在分子层面调控并了解生物过程；(iii)研究有机光学材料在****中的应用。目前，该课题组已在**症诊疗、皮肤病检测与**毒性筛选中取得初步进展。例如，在2017年该课题组开创了基于可降解有机高分子纳米颗粒的分子余辉成像(MAI: molecular afterglow imaging)，并探索了其在疾病的早期诊断和**方面的潜在应用。该研究成果发表于国际**期刊Nature Biotechnology。在2019年该课题组设计了一种具有**的肾清除效率的分子肾脏探针(MRPs: molecular renal probes)用于对**性急性肾损伤(AKI: acute kidney injury)的体内光学成像。该探针的近红外荧光或者化学发光信号可以被AKI的前期生物标记物特异性地激活，使得该探针可以对实验小鼠肾脏内多个分子事件进行纵向成像。该研究成果发表于国际**期刊Nature Materials。另外，采用近红外荧光和光声等成像技术，该组实现了皮肤病、肝损伤以及**等疾病发展过程中相关生物标记物的活体检测，为疾病的早期诊断提供了有用信息。该团队研究方向也涉及智能响应型纳米医药，光热调控离子通道、基因表达和蛋白活性等相关研究。自2015年6月成立至今，该团队已在国际主流期刊上发表高水平文章80多篇（包括Nature Materials, Nature Biotechnology, Nature Communications, Chemical Society Reviews, Accounts of Chemical Research, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano等）。至今，浦侃裔教授累计发表**次文章160多篇，SCI H-index = 65。目前，浦侃裔博士担任ACS Applied Polymer Materials 和Biomaterials Research副主编，Nano Research期刊Young Star主编，Advanced Functional Materials, Small, Bioconjugate Chemistry, ACS Applied Bio Materials, Advanced Biosystems和ChemNanoMat等期刊编委。

近期代表性工作

1. Huang, J. Li, Y. Lyu, Q. Miao, K. Pu*. Molecular optical imaging probes for early diagnosis of drug-induced acute kidney injury. Nat. Mater., 2019, 2019, 18, 1133-1143.

2. Miao, C. Xie, X. Zhen, Y. Lyu, H. Duan, X. Liu, J. Jokerst, K Pu*. Molecular afterglow imaging with bright, biodegradable polymer nanoparticles. Nat. Biotechnol., 2017, 35, 1102-1110.

3. Jiang, J. Huang, X. Zhen, Z. Zeng, J. Li, C. Xie, Q. Miao, J. Chen, P. Chen, K. Pu*. A generic approach towards afterglow luminescent nanoparticles for ultrasensitive in vivo imaging. Nat. Commun., 2019, 10, 2064.

4. Cheng, Q. Miao, J. Li, J. Huang, C. Xie, K. Pu*. J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 27, 10581-10584.

5. Li, J. Huang, Y. Lyu, J. Huang, Y. Jiang, C. Xie, K. Pu*. Photoactivatable organic semiconducting pro-nanoenzymes. J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 4073-4079.

6. He, C. Xie, Y. Jiang, K. Pu*. An organic afterglow protheranostic nanoassembly. Adv. Mater., 2019, 31, 1902672.

7. Jiang, J. Li, Z. Zeng, C. Xie, Y. Lyu, K. Pu*. Organic photodynamic nanoinhibitor for synergistic cancer therapy. Angew. Chem., Int. Ed., 2019, 58, 8161-8165.

8. Cui, J. Huang, X. Zhen, J. Li, Y. Jiang, K. Pu*. Semiconducting polymer nano-prodrug for hypoxia-activated synergetic photodynamic cancer therapy. Angew. Chem., Int. Ed., 2019, 58, 5920-5924.

9. Huang, Y. Jiang, J. Li, S. He, J. Huang, K. Pu*. A Renal-clearable macromolecular reporter for near-infrared fluorescence imaging of bladder cancer. Angew. Chem., Int. Ed., 2020, 59, 4415-4420.

10. Jiang, P. Upputuri, C. Xie, Z. Zeng, A. Sharma, X. Zhen, J. Li, J. Huang, M. Pramanik, K. Pu*. Metabolizable semiconducting polymer nanoparticles for second near-infrared photoacoustic imaging. Adv. Mater., 2019, 31, 1808166.

11. Li, K. Pu*. Development of organic semiconducting materials for deep-tissue optical imaging, phototherapy and photoactivation. Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 38-71.