画像誘導型腫瘍光力学療法のためのデュアルモーダルイメージングプラットフォームとしての凝集誘導発光とMRIコントラスト増強特性を有するセラノーシスナノ粒子

Theranostic Nanoparticles with Aggregation-Induced Emission and MRI Contrast Enhancement Characteristics as a Dual-Modal Imaging Platform for Image-Guided Tumor Photodynamic Therapy.

• Huikang Yang
• Yufang He
• Yan Wang
• Ruimeng Yang
• Nianhua Wang
• Li-Ming Zhang
• Meng Gao
• Xinqing Jiang

抄録

序論:

先進的な腫瘍標的型セラノーシスナノ粒子は、腫瘍の診断と治療研究において重要な役割を果たしています。本研究では、両親媒性ヒアルロナン/ポリ-（-ε-カルボベンジルオキシ-L-リジン）誘導体（HA--PZLL）、超常磁性酸化鉄（SPIO）および凝集誘導発光（AIE）ナノ粒子をベースとした多機能セラノーシスプラットフォームを開発し、腫瘍を標的とした磁気共鳴（MR）および蛍光（FL）デュアルモーダル画像誘導光力学的治療（PDT）を実現しました。

Introduction: Advanced tumor-targeted theranostic nanoparticles play a key role in tumor diagnosis and treatment research. In this study, we developed a multifunctional theranostic platform based on an amphiphilic hyaluronan/poly-(-ε-carbobenzyloxy-L-lysine) derivative (HA--PZLL), superparamagnetic iron oxide (SPIO) and aggregation-induced emission (AIE) nanoparticles for tumor-targeted magnetic resonance (MR) and fluorescence (FL) dual-modal image-guided photodynamic therapy (PDT).

材料と方法:

両親媒性ヒアルロナン酸（HA）誘導体HA--PZLLは、疎水性ポリ-（-ε-カルボベンジルオキシ-L-リジン）（PZLL）ブロックをクリック共役反応によってヒアルロン酸にグラフトすることによって合成された。得られたHA--PZLLは、AIE分子とSPIOナノ粒子の存在下で自己組織化し、MR/FLデュアルモーダルイメージング能力を有する腫瘍標的型セラノーシスナノ粒子（SPIO/AIE@HA--PZLL）を生成した。セラノーシスナノ粒子の細胞内への取り込みは、共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）、フローサイトメトリー、プルシアンブルー染色によって追跡された。セラノーシスナノ粒子の細胞内活性酸素種（ROS）発生特性をCLSMとフローサイトメトリーで評価した。PDTの効果は細胞毒性アッセイで評価した。また、ナノ粒子のデュアルモードイメージング能力をリアルタイム近赤外蛍光イメージングシステムと磁気共鳴イメージングスキャニングにより評価した。

Materials and Methods: The amphiphilic hyaluronan acid (HA) derivative HA--PZLL was synthesized by grafting hydrophobic poly-(-ε-carbobenzyloxy-L-lysine) (PZLL) blocks onto hyaluronic acid by a click conjugation reaction. The obtained HA--PZLLs self-assembled into nanoparticles in the presence of AIE molecules and SPIO nanoparticles to produce tumor-targeted theranostic nanoparticles (SPIO/AIE@HA--PZLLs) with MR/FL dual-modal imaging ability. Cellular uptake of the theranostic nanoparticles was traced by confocal laser scanning microscopy (CLSM), flow cytometry and Prussian blue staining. The intracellular reactive oxygen species (ROS) generation characteristics of the theranostic nanoparticles were evaluated with CLSM and flow cytometry. The effect of PDT was evaluated by cytotoxicity assay. The dual-mode imaging ability of the nanoparticles was evaluated by a real-time near-infrared fluorescence imaging system and magnetic resonance imaging scanning.

結果:

得られたセラノーシスナノ粒子は、高品質な細胞内追跡のために赤色蛍光を発するだけでなく、光力学的腫瘍治療のために一重項酸素を効果的に発生させることができる。In vitroでの細胞毒性実験では、これらのセラノーシスナノ粒子は効率的に取り込まれ、主にHepG2細胞の細胞質に存在することが示されました。また、これらのセラノーシスナノ粒子は、内包された後、白色光照射後のHepG2細胞の増殖に対して深刻な細胞毒性を示した。

Results: The resulting theranostic nanoparticles not only emit red fluorescence for high-quality intracellular tracing but also effectively produce singlet oxygen for photodynamic tumor therapy. In vitro cytotoxicity experiments showed that these theranostic nanoparticles can be efficiently taken up and are mainly present in the cytoplasm of HepG2 cells. After internalization, these theranostic nanoparticles showed serious cytotoxicity to the growth of HepG2 cells after white light irradiation.

議論:

本研究では、AIE特性とMRコントラスト増強を有するセラノーシスナノ粒子の簡便な調製法を提供し、画像誘導型腫瘍PDTのデュアルモーダルイメージングプラットフォームとしての役割を果たします。

Discussion: This work provides a simple method for the preparation of theranostic nanoparticles with AIE characteristics and MR contrast enhancement, and serves as a dual-modal imaging platform for image-guided tumor PDT.

© 2020 Yang et al.