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編輯|秋稷始
前言
控制藥物釋放和協同治療對於提高腫瘤治療的療效具有重要影響，本研究開發了一種新型的近紅外光控制的多功能納米平台，用於腫瘤的協同化學光熱療法，在該納米系統中，阿黴素鹽酸鹽，全氟戊烷同時被加載到介孔SiO2通道中作為第一步。
在其表面塗覆了聚多巴胺層作為門控器，以減少藥物在生理溫度下的過早釋放，在808 nm NIR照射下，納米平台核心的金納米棒表現出較高的光熱轉化效率，既可以為光熱療法提供熱量，又可以分解聚合物PDA以釋放介孔SiO2通道中的DOX。
最重要的是，GNR的光熱轉化還可以導致PFP的液-氣相轉變，產生氣泡加速DOX的釋放，從而實現腫瘤的化療，隨後的協同化學光熱療法，顯示出良好的抗癌活性，近紅外觸發的多功能納米平台對於未來的藥物輸送和癌症治療具有重要意義。
全球癌症的發病率和死亡率正在上升，並很快將成為主要死因 ，臨床上用於治療轉移性癌症的現有療法包括激進手術、放射治療和化學療法，化學療法是臨床應用中常見的腫瘤治療方法，依靠化學藥物有效殺滅癌細胞。
儘管化學療法是臨床癌症治療的主要方法，但仍存在非特異性生物分佈、毒副作用、易產生藥物抗性和有效濃度較低等問題 ，隨着醫學領域對癌症治療新方法的不斷探索，基於納米材料的光熱療法取得了出色的成果。
PTT引起了廣泛關注，它利用新型近紅外激光光吸收劑實現對癌細胞的激光熱消融，在這個過程中，一旦腫瘤組織暴露在NIR光下，由激光光吸收劑產生的高溫，將損壞癌細胞的細胞膜結構和亞細胞結構，導致癌細胞內部組織結構破壞和細胞活性喪失。
雖然對健康器官和組織毒性較小，但單獨使用PTT通常無法達到預期效果 ，在PTT期間，由於腫瘤內部熱量傳遞和物質分佈不均勻，通常會出現腫瘤不完全破壞和癌細胞複發，一個將PTT和化療相結合的單一納米診斷系統有望成為提高整體療效的前景性研究方法。
已經廣泛報道了大量藥物輸送系統，可以應用於有效的綜合協同治療，包被二氧化硅殼層的金納米棒，修飾的金納米顆粒中空碳系統和膠束，基於金的納米材料不僅可以作為優秀的光熱轉換材料，還可以作為穩定的藥物載體。
基於金的納米材料已成為化療-光熱診斷方法中的優質材料，pH和光熱均對藥物釋放具有響應性，但藥物釋放速率仍受限於這些藥物輸送過程，增加藥物釋放速率是一個緊迫的問題。
設計藥物載體的內部結構和組成，以直接促進藥物的快速釋放，被認為是一種有前景的策略。各種載葯泡泡廣泛應用於超聲成像對比劑，由於泡泡的高成像質量，治療劑可以實現更精確的超聲成像和治療。
超聲與泡泡結合通過泡泡的空化作用與細胞相互作用介導細胞內藥物輸送，在光熱效應下，全氟正戊烷促進納米材料的膨脹和阿黴素鹽酸鹽的釋放。
一種基於介孔二氧化硅包覆的金納米棒，的近紅外光控制聯合治療納米平台，用於腫瘤的協同化療-光熱療法，在這個納米系統中，阿黴素鹽酸鹽和全氟正戊烷同時被加載到介孔二氧化硅的孔道中作為第一步。
聚多巴胺被接枝在表面上，作為中性pH下孔道的門衛，PDA對pH非常敏感，因此藥物分子會在較低的pH下釋放，之前關於使用泡泡促進藥物釋放的多功能平台的報告相對較少。
GNR在近紅外光的激發下發生光熱轉換，產生大量熱量，導致全氟正戊烷的相變，由全氟正戊烷相變產生的大量氣泡促進了介孔二氧化硅通道中DOX的釋放，PDA被用於在生理溫度下封裝和攜帶DOX分子，避免過早釋放。
GNR的熱效應和全氟正戊烷產生的氣泡削弱了藥物和介孔二氧化硅之間的靜電作用力，在存在全氟正戊烷和近紅外光的情況下，藥物的釋放量非常大，隨着靜電效應的減弱，DOX從多功能平台中分離並迅速釋放。
GNR的熱效應還可以繼續對腫瘤進行熱治療，從而實現聯合光熱療法和高效化療，用於癌症治療。
實驗部分
化學品和材料
氯金酸水合物、阿黴素和四氫硼酸鈉從Adamas獲得，溴化十六烷基三甲基銨、硝酸銀、抗壞血酸、氫氧化鈉和正硅酸四乙酯分別從Sigma、中國醫藥集團化學試劑有限公司、General-Reagent、Alfa和Aldrich獲得。
三甲基氨甲醇從中國醫藥集團化學試劑獲得，全氟正戊烷從上海法科拉科技有限公司購買，胎牛血清和杜氏改良鷹精培養基從GIBCO Life Technologies購買，CCK-8試劑盒和Calcein-AM/PI從Dojindo Laboratories獲得。
表徵技術
使用透射電子顯微鏡觀察納米材料的顯微形態，使用紫外可見分光光度計，測量吸收光譜，傅里葉變換紅外光譜儀用於表徵光譜，使用Tecan微孔板測量細胞活性，使用奧林巴斯激光掃描共聚焦顯微鏡成像系統拍攝細胞圖像。
金納米棒是通過種子介導法製備的，在此基礎上進行了一些改進，第一步是製備種子溶液，將0.25 ml的0.01 M HAuCl4 · xH2O分散在9.75 ml的0.01 M CTAB中，然後轉移到一個25 ml的圓底燒瓶中。
輕輕攪拌2分鐘後，加入0.6 ml的0.01 M NaBH4用，並持續攪拌10分鐘，攪拌後，將溶液靜置3小時室溫下，獲得種子溶液，將10 ml的HAuCl4與190 ml的CTAB一起在磁力攪拌下混合，然後加入2 ml的AgNO3直至均勻混合。
添加1.1 ml的L-AA後，溶液的顏色從黃色變為無色，將0.24 ml的事先製備好的種子溶液加入上述混合物中，在30°C下輕微振蕩24小時製備金納米棒，在納米顆粒表面上合成介孔硅的生長機制。
主要包括三個階段：硅聚合過程、硅/CTAB顆粒的自組裝過程以及隨後的硅/CTAB顆粒聚集過程 ，由於金納米棒主要被CTAB包圍，硅/CTAB顆粒會自動聚集在金納米棒表面，從而限制了遊離硅納米顆粒的形成 。
金納米棒溶液中的CTAB濃度在硅層形成過程中起着至關重要的作用,在一定的CTAB膠束濃度之後，金納米棒表面不會形成硅層 ，為了控制CTAB的濃度，金納米棒溶液被洗滌兩次並濃縮至20 ml。
將200 µl的CTAB注入濃縮的金納米棒溶液中，使CTAB的濃度為1 mM，溶液在攪拌過夜後達到表面的平衡，溶液的pH值通過滴加200 µl的NaOH溶液來控制，然後注入400 µl的20% TEOS-甲醇混合溶液，並繼續攪拌24小時以得到最終的樣品。
結果和討論
在mSiO2塗層過程中，GNR周圍形成了CTAB層，這是由mSiO2形成的有機模板，透射電子顯微鏡圖像顯示成功製備了GNR和GNR@mSiO2，均勻的二氧化硅層約20 nm厚，並由無序介孔組成，它自然地作為藥物載體使用。
氮吸附/脫附等溫線的結果顯示，介孔二氧化硅的平均孔徑約為2.19 nm，製備的GNR在近紅外區域具有縱向表面等離子共振峰值。
包覆了二氧化硅殼的GNR@mSiO2顯示出小的紅移，這也驗證了相應的理論模擬結果，由於GNR@mSiO2中GNR之間的距離較大，聚集現象不會影響NIR窗口中SPR峰的位置。
在NIR光激活下，抗癌藥物被釋放，通過精確控制光的區域、時間和劑量，可以實現對藥物的精確控制，根據DOX的擬合標準曲線計算DOX的釋放量，應用FTIR技術驗證了由PDA殼改性的PFP@GNR@mSiO2的成功合成。
1500 cm^-1處的吸收峰表明了C=C共振振動與PDA的N–H彎曲振動的重疊，圖像中可以看到顆粒表面的粗糙性，表明PDA成功地包覆在介孔二氧化硅表面上。
光熱轉換和藥物釋放
GNR具有優異的性能，當激光波長與其LSPR峰值匹配時，可以有效將光能轉化為熱能，通過紫外光譜進行表徵，GNR和GNR@mSiO2在近紅外範圍內顯示強烈的吸收，通過近紅外激發可以實現更好的光熱效應。
實驗評估了GNR和GNR@mSiO2的光熱性能，利用熱電偶評估了GNR和GNR@mSiO2在近紅外連續波長激光照射下的光熱轉化效應，在一定功率下，GNR和GNR@mSiO2溶液的溫度隨着濃度的增加而升高。
GNR包覆介孔二氧化硅後的光熱效應幾乎沒有減弱，在808 nm的激光照射下，經過7分鐘的照射，GNR@mSiO2溶液的溫度從20°C升高到27°C，可以得出結論：硅化物包覆後的GNR仍然表現出良好的光熱效應。
為了深入研究GNR@mSiO2的光熱效應，我們觀察了GNR@mSiO2在808 nm照射下的溫度變化，並根據先前報道的方法進行了時間擬合，根據冷卻階段的線性時間數據與驅動力溫度的負對數之間的關係。
得到了系統傳熱的時間常數τs = 363 s，將τs的值代入公式，得到mH為2 g，CH為4.2 J g−1，可以得到hM的值。然後將hM的值代入公式，GNR@mSiO2的光熱轉化效率達到了44.85%。
與其他用作光熱治療載體的材料相比，如Cu2−xSe納米晶體和Cu9S5納米晶體，GNR@mSiO2納米材料的光熱效率要高得多，PFP的沸點為29°C。
靜脈注射後，當血壓升高時，PFP的沸點升高到40-50°C，當GNR@mSiO2暴露在近紅外光下時具有光熱效應，並能達到PFP的相變溫度，促進DOX的釋放，為進一步研究GNR@mSiO2-DOX/PFP納米粒子作為治腫瘤療藥物載體的其他用途。
通過熱效應促進近紅外下的氣泡生成，我們使用顯微鏡在玻璃片上收集了不同濃度的GNR@mSiO2-PFP溶液的圖像在激光照射之前，基本上沒有氣泡生成。
在近紅外照射後，通過顯微鏡觀察到GNR@mSiO2-PFP溶液中產生了大量氣泡，並逐漸增多，在激光照射後，溶液溫度達到相變劑的氣化閾值，PFP發生相變，氣泡從GNR@mSiO2-PFP釋放出來。
在功率密度為2 W cm−2的條件下，隨着GNR@mSiO2-PFP溶液濃度的增加，氣泡數量增加。在不同濃度的GNR@mSiO2-PFP溶液的激光照射下，產生的氣泡數量隨着GNR@mSiO2-PFP溶液濃度的持續增加而增加。
對氣泡產生的數量進行了量化，在一定功率下，氣泡數量隨着濃度的增加而增加，氣泡數量隨濃度的增加而增加，為加速DOX的釋放提供了條件，進一步證實了PFP在GNR的熱效應下加速藥物釋放的作用。
為了研究GNR@mSiO2-DOX/PFP中DOX的釋放特性，我們還選擇了不含PFP的GNR@mSiO2-DOX作為對照，兩種材料在激光照射下都會有DOX的釋放，在808 nm激發下，GNR@mSiO2-DOX/PFP釋放的DOX量遠遠優於同樣釋放時間內GNR@mSiO2-DOX釋放的DOX量。
通過紫外光譜儀定量分析環境中釋放的劑量，在短時間內，GNR@mSiO2-DOX/PFP在激光照射下的釋放速率接近50%，在酸性環境中，GNR@mSiO2-DOX系統在5小時內只能釋放28%的DOX 。
GNR@mSiO2-DOX/PFP是一個優秀的藥物輸送系統，能夠有效縮短藥物釋放時間，具有廣闊的應用前景，還進一步研究了酸性和光觸發的藥物釋放，在pH 5.7條件下，與無照射相比，GNR@mSiO2-DOX/PFP納米粒子在近紅外光照射下釋放了超過70%的DOX。
體外抗腫瘤活性
在細胞計數試劑盒-8的實驗中，通過測定GNR@mSiO2-DOX/PFP對HeLa細胞的毒性，得到了以下結果：可以看出，細胞與GNR@mSiO2納米顆粒和GNR@mSiO2-DOX納米顆粒共培養時，細胞存活率沒有明顯變化。
隨着它們的濃度增加，細胞存活率沒有明顯下降，說明它們具有良好的生物相容性，隨着GNR@mSiO2-DOX/PFP納米顆粒濃度的增加，細胞存活率逐漸下降，無需NIR照射即可表明GNR@mSiO2-DOX/PFP納米顆粒具有細胞毒性。
而PFP本身基本無毒性，這表明PFP的部分相變可能促使釋放少量DOX，從而導致細胞存活率降低，PDA具有生物相容性，在微弱酸性環境中降解，因此是防止DOX泄漏的最佳聚合物。
PDA是一種有潛力的分子，可以作為粘附層，用於封裝DOX分子並在中性pH值下儲存，在酸性環境中，PDA薄膜會解體，PDA包裹的GNR@mSiO2-DOX/PFP增加了細胞存活率超過85%。
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