J. Am. Chem. Soc.| 内含磁性纳米颗粒的共价有机骨架用于MRI和热化学治疗

大家好，今天给大家分享一篇最近发表在JACS上的文章，通讯作者是纽约大学阿布扎比分校的Ali Trabolsi教授。

纳米级亚胺链共价有机骨架(nCOFs)作为新型纳米药物在癌症治疗中已显示出巨大的潜力，包括药物传递、光动力疗法(PDT)、光热疗法(PTT).由于其独特的特点，包括大的表面积，可调谐的孔几何结构，结晶度，通过亚胺键的解体对肿瘤酸性环境的反应，以及在分子结构和功能设计上的高灵活性，与无定形有机聚合物不同，nCOFs具有长有序结构，其中有机构建块在二维或三维位置控制，形成规则的孔径，便于大型药物的装载和控制释放。碳氮(亚胺)键的相对高稳定性与扩展的2D聚乙二醇框架导致化学稳定的nCOFs和增强的负载能力，使其具有更好的药物传递和生物医学应用。将nCOFs的特性与磁性纳米粒子(NPs)相结合，构建具有药物负载、肿瘤环境响应和热磁特性的热介导纳米复合材料具有重要意义。

作者将抗癌药物(Dox)装载于TBA - DFP -nCOF表面，构建磁性nCOF复合材料，合理制备用于协同化疗、热疗和MRI成像的多功能纳米药物。为了避免其通过孔道扩散，从而取代Dox分子，作者特意选择了磁性γ-Fe₂O3 NPs (10nm)。通过简单的程序(方案1)，用聚赖氨酸阳离子聚合物(PLL)外壳稳定整个体系。

以2,6-二甲酰吡啶(DFP)和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(TAB)为原料，在无水1,4-二恶烷中，在110 C微波照射下共缩合30分钟合成了多孔的240 nm亚胺连接的TAB-DFP- nCOF颗粒(图1a)。过滤收集合成的黄色沉淀物，用1,4-二恶烷和乙醇洗涤，110℃烘干12 h, 37℃水洗24 h。红外光谱显示了起始材料C,N键的特征峰，以及C=O键和N-H键的缺失峰, 这表明了起始物质的完全消耗。通过x射线衍射(PXRD)的测量进行了确认结晶性质的框架(图1b)。遵循网状化学原理，基于构建块的几何结构建立了晶体结构模型(图1c)。

方案1 (a)图表示的形式是: γ-SD/PLL合成(b)随后在模拟癌细胞生理的条件下，由磁诱导热和酸触发的γ-sd /PLL释放

高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像显示，这种材料是海胆形状的突出物，平均直径为237 nm(图2a-d)。TAB-DFP-nCOFs的面间距为0.4 nm，对应于nCOF的(110)面，与PXRD分析一致。扫描模式的AFM图像提供了粗糙表面粒子的球状形态的额外证据。

图1所示 (a) TAB-DFP-nCOFs的化学结构及微波辐射下的合成路线。(b) TAB-DFP-nCOF的实验PXRD图(黑线)和模拟XRD图(红线) (c) TAB-DFP-nCOF堆叠层的填充表示

HRTEM图像显示，在Fe-SD涂层之后有一层纳米颗粒(图2b-e)，磁层的厚度估计为40 nm，将氧化铁NPs涂覆在直径300-500纳米的二氧化硅微球上也得到了类似的结果。从图1中可以看出，晶铁矿的间距值为0.27 nm, nCOF(110)面对应的间距值为0.42 nm，与PXRD分析结果一致(图1)。在γ -SD/PLL中，PLL在γ-SD周围形成半固态凝胶，HRTEM可以清楚地看到，在γ- SD/PLL表面形成连续的明亮层(5 nm，图2b-e)。发现了与纳米粒子相对应的条纹以及nCOF结构。在更高放大率下的元素映射显示了氮原子和铁原子在系统中的位置，图的叠加清晰地显示，由于位置的匹配，铁对应的绿色变成了氮对应的红色。确认纳米颗粒被聚合物外壳覆盖。采用差分相位对比STEM (DPC-STEM)成像了TAB-DFP-nCOF、γ- SD和γ- SD/PLL内及周围的磁场强度和分布(图2g-i)。图2g-i以色轮表示的方式显示了磁场方向，作为样品中磁场的映射，以及它们改变方向的地方。

图2.HRTEM图像SD (a, d)、γ- SD (b, e)和γ- SD/PLL (c, f)。图像(d, e, f)显示了不同结构内部的晶格条纹(i).根据所示的色轮，用颜色表示微分信号的方向和强度。

用透射电镜和共聚焦显微镜观察了成胶质母细胞瘤U251-MG细胞对细胞内血清素γ-SD/PLL的摄取情况(图3a和b)。磁性复合材料位于溶酶体中，内吞后被吸收的货物发生消化(图3a). 通过静电吸附内吞作用证明PLL选择性内在化到癌细胞, 这些结果证实了U251-MG细胞通过内吞作用摄取了细胞内γ-SD/PLLs。使用共聚焦显微镜检查阿霉素释放度, 结果表明，在4小时后，在酸性溶酶体中内在化和消化了后，激活了Dox的释放. 作者还对U251-MG细胞进行了体外磁共振成像研究，以评估肝素γ-SD/ PLL作为MRI造影剂的有效性。T2*- U251-MG细胞在37℃不添加添加剂孵育4小时的图谱。图3c显示了与磁性结合的Dox、γ-SD/PLL和γ-SD/PLL。总之，作者设计了一种磁性nCOF复合材料作为同时MRI，化疗和热疗剂被开发出来。设计合理的体系以多孔亚胺共价有机骨架颗粒为药库，氧化铁NPs为MRI探针，磁场响应材料和PLL为稳定剂和ph响应剂。

图3 在体外和体内，由于化疗和热疗之间的协同作用γ-SD/PLLs诱导细胞死亡(a)在U251-MG细胞孵育4小时后，用透射电镜观察到细胞内的γ-SD/PLL转运情况。在细胞质中发现了内在化的内在体γ-SD/PLLs，特别是在核内体和溶酶体中b) U251-MG细胞在未添加添加剂(对照组)、单独使用Dox和无静磁场和静磁场存在下的γ-SD/PLL处理下的T2*加权自旋回声MR影像(c)体外热疗生存能力测定。d)用吖啶橙染色的对照组和经小鼠左旋γ-SD/PLL处理的斑马鱼胚胎的代表性图像(e)体内热疗治疗

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.0c05381

DOI：10.1021/jacs.0c05381