内容提要
我们开发了近红外（NIR）光控纳米颗粒（NPs） CuD@PM，它可以在负载三乙酰化阿扎胞苷（TAc-AzaC）的微针和808 nm激光照射下选择性地将铜传递到HNSCC细胞并诱导铜转化。静脉注射这些NPs显著抑制HNSCC动物模型的肿瘤生长，增强抗肿瘤免疫反应。NIR控制的铜增生激活作为一种安全、靶向和图像引导的HNSCC抗肿瘤治疗提供了巨大的潜力。
H7-Cu-BPE、DTC-BA和CuD@PM的表征
为了增加体内Cu2+浓度，从而诱导铜还原，我们设计了NIR-II光敏剂作为Cu2+离子的载体，在808 nm激光照射下产生ROS。根据前面的方法合成了4,4 ' -（二吡啶[3,2-a:2 ',3 ' -c][1,2,5]噻二唑[3,4-i]吩嗪-10,14-二基）双（N-（4-甲氧基苯基）-N-苯基苯胺）（MO-H7））MO-H7与二吡啶甲胺形成H7-Cu-BPE金属配合物。所有关键中间体和所需化合物均通过1H NMR和13C NMR得到充分证实。通过单晶分析进一步阐明了H7-Cu-BPE的结构。配位后，与MO-H7相比，h7 - cupe的吸收峰和发射峰分别从736 nm红移至756 nm和从1021 nm红移至1135 nm。采用1,3二苯基异苯并呋喃（DPBF）测定功率密度为1 wcm2时H7-Cu-BPE和MO-H7的ROS水平。在纯有机溶剂状态下，h7 - cupe的ROS水平非常弱，而水或DMF的存在显著增加了H7-Cu-BPE的ROS水平。为了验证二硫代氨基甲酸酯（DTC）前药DTC- ba的有效性，我们进行了体外实验，以证明其对ROS的反应能力和释放游离DTC的能力。该过程的示意图显示了在H2O2存在下DTC- ba对ROS的响应，这导致释放游离DTC并形成可以运输Cu2+离子的Cu(DTC)2配合物。
FDX1的表达影响肿瘤免疫微环境并被5-AzaC上调
为了研究铜裂相关基因在肿瘤微环境中的作用，我们分析了5902个高质量HNSCC细胞的单细胞RNA-seq转录组数据（GSE103322）。通过应用UMAP算法，我们以一种简化的方式可视化高维单细胞转录组数据，从而能够识别不同的细胞簇。使用单细胞评分算法，我们根据铜体增生相关基因的表达给每个细胞打分。AddModuleScore功能使我们能够在集群和患者水平上评估单个铜裂相关基因的表达水平。该分析显示FDX1与较低的T期和N期相关，表明FDX1和其他铜生长相关基因的表达与不同集群和患者的肿瘤恶性程度呈负相关。FOXP3基因是调节性T细胞的关键标记，在HNSCC中发现FOXP3基因与FDX1水平呈负相关。此外，对HNSCC样本进行多重免疫荧光组织学染色的体外实验表明，FDX1过表达减轻了肿瘤免疫微环境的不利变化。与FDX1表达水平较低的患者相比，FDX1高表达的患者预后更好。最后，我们的研究表明，5-AzaC处理有效上调了HNSCC组织中FDX1的表达，增加了癌细胞对铜诱导的凋亡的易感性，提示了一种潜在的治疗途径。
CuD@PM和5-AzaC诱导体外铜变形
我们的策略包括使用5-AzaC来增强铜中毒相关蛋白（如FDX1）的表达，从而增加肿瘤细胞对铜诱导的细胞死亡的敏感性。我们初步评估了免疫原性物质的释放和对肿瘤细胞的细胞毒性作用。在808 nm激光照射下，CuD@PM释放Cu2+离子，导致4MOSC1细胞细胞核释放高迁移率组盒1 （HMGB1）蛋白。5-AzaC进一步增强了该释放。同样，CuD@PM联合5-AzaC可显著增加808 nm激光照射下乳酸脱氢酶（LDH）、三磷酸腺苷（ATP）和肿瘤坏死因子α (TNF-α)的释放，以及碘化丙啶（PI）阳性细胞的数量。这些发现表明，联合治疗诱导肿瘤细胞损伤和炎症。此外，808 nm激光照射下，纳米颗粒释放Cu2+离子导致细胞内铜积累和脂质过氧化。这一过程导致二氢脂酰胺糖基转移酶（dihydrolipoamide Sacetyltransferase， DLAT）表达上调，FDX1表达下调，提示cupropsis的发生。
CuD@PM联合TAcAzaC的体内抗癌效果
采用NIR-II荧光成像技术指导HNSCC小鼠模型的体内治疗。给C57BL/6小鼠（n=3）静脉注射CuD@PEG或CuD@PM （200 μL, 1 mgkg 1Cu）。来自注射纳米颗粒的NIR-II荧光信号使肿瘤细胞的积累和分布可视化，从而促进治疗药物的靶向递送。结果显示，NIR-II成像可以在注射后30分钟至56小时内显示舌下4MOSC1肿瘤，信号强度在24小时达到峰值。静脉注射CuD@PM后，在NIR-II成像引导下，将装载tac - azac的微针插入肿瘤部位。与5-AzaC相比，阿扎胞苷的酯前药TAc-AzaC具有更高的溶解度和稳定性，能够有效地装载到微针中进行局部给药。从微针中释放后，TAc-AzaC被酯酶水解，转化为活性的5-AzaC然后，我们使用4MOSC1细胞系建立了原位HNSCC小鼠模型，以评估这种协同治疗方法的体内疗效。对肿瘤生长进行了两周的监测，发现与单独光辐射相比，光辐射和CuD@PM联合使用对肿瘤生长的抑制作用明显更大。此外，光照射、TAc-AzaC和CuD@PM联合使用的抗肿瘤效果最强，肿瘤大小最小。流式细胞术结果表明，这种联合治疗增强了抗肿瘤免疫反应，并将细胞毒性T细胞募集到肿瘤部位。肿瘤引流淋巴结（tdln）中CD80+ CD86+树突状细胞（dc）的比例和肿瘤内CD8+ T细胞的数量均显著增加。免疫组织化学进一步证实，联合治疗通过促进细胞毒性T细胞的浸润和活化，显著增加了肿瘤微环境中CD8+ T细胞的数量和颗粒酶B的表达。
总结
我们已经开发了一种独特的策略，可以在近红外光照射下选择性地持续激活HNSCC细胞中的铜增生。我们系统地分析了来自HNSCC细胞的单细胞RNA-seq数据，以鉴定FDX1等基因，这些基因与铜增生密切相关，与肿瘤恶性负相关，与t细胞衰竭正相关。FDX1在HNSCC患者肿瘤微环境及预后中的作用得到进一步验证。此外，我们的假设驱动研究导致CuD@PM纳米颗粒的开发，其中H7-Cu-BPE和DTCBA被封装在DSPE-mPEG2k中，在808 nm激光照射下将Cu2+离子输送到HNSCC细胞中进行靶向铜还原活化。此外，在NIR-II实时生物成像的指导下，我们发现原位给药TAc-AzaC微针通过补充FDX1减少细胞内Cu2+，显着使肿瘤对铜增生敏感，从而显著抑制肿瘤生长并增强HNSCC动物模型的抗肿瘤免疫。通过将近红外成像与局部辅助治疗相结合，我们的方法确保了肿瘤结节内铜增生的精确激活，从而降低了对正常器官和远处组织的脱靶金属毒性的风险。我们的研究结果表明，这种创新的联合治疗策略可能为安全有效的癌症治疗开辟新的途径，改善癌症患者的预后。
参考文献
https://doi.org/10.1002/anie.202411609
分子诊断试剂一站式解决方案
分子探针之声团队面对客户的个性化需求提供（半）花菁，二氢吡咯氟硼，酞菁/卟啉，苯并噻二唑，罗丹明，荧光素，四苯乙烯，克酮酸，萘酰亚胺，等可见/近红外（二区）荧光/光声，AIE，药物释放等荧光探针，并提供荧光染料溶液性质研究和细胞/活体的成像和治疗相关课题设计与外包服务。如有任何需要，请联系陈老师(微信号:18506228039)或关注卓欣雅科技公众号
分子探针之声建立了“分子探针科研交流群”，可以添加小编好友(微信号:18506228039，请备注：姓名-单位-研究方向)，邀请入群。
若您自制的材料可以入驻Xprobe平台，添加小编为好友(微信号:18506228039，请备注：入驻Xprobe)。
