近赤外光励起・pH応答性超小型ナノプラットフォームを用いた深部光組織・薬物送達浸透と効果的な癌化学光治療の実現

NIR II-Excited and pH-Responsive Ultrasmall Nanoplatform for Deep Optical Tissue and Drug Delivery Penetration and Effective Cancer Chemophototherapy.

• Lipeng Zhu
• Duyang Gao
• Lisi Xie
• Yunlu Dai
• Qi Zhao

抄録

多くのナノ粒子の限られた腫瘍組織への浸透は、それらの治療効果に対する手強い課題であり続けている。いくつかの光ナノメディシンは、腫瘍への浸透を改善するために適用されてきたが、低い光学組織浸透深さによって媒介される第１の近赤外窓は、それらの抗癌効果を著しく制限している。深い光学組織と薬物送達浸透を達成するために、BSA安定化CuSナノ粒子（BSA@CuS NP）をベースに、近赤外第二窓（NIR-II）励起でpH応答性のある超小型薬物送達ナノプラットフォームを作製した。このBSA@CuSナノ粒子は、強力な静電相互作用を介してドキソルビシン（DOX）を効果的にカプセル化し、多機能ナノ粒子（BSA@CuS@DOXナノ粒子）を形成することができた。BSA@CuS@DOX NPは超小型であるため、腫瘍への浸透性が向上した。また、近赤外II吸収を媒介とした深部組織への透過性は近赤外I窓よりも高かった。さらに、多機能ナノプラットフォームは、腫瘍部位に優先的に蓄積し、腫瘍の高熱を誘発し、NIR-IIレーザー（1064 nm）照射時に腫瘍部位に非常に高い活性酸素レベルを発生させた。さらに重要なことは、光熱イメージングの指導の下、化学療法と光治療（化学光治療）の優れた相乗効果を達成したことである。また、開発したナノ粒子は、良好な生体適合性と生体クリアランス特性を示した。このように、本研究では、有効な抗腫瘍治療法として、腫瘍の深部に浸透する多機能ナノプラットフォームの作製が可能であることを明らかにしました。

The limited tumor tissue penetration of many nanoparticles remains a formidable challenge to their therapeutic efficacy. Although several photonanomedicines have been applied to improve tumor penetration, the first near-infrared window mediated by the low optical tissue penetration depth severely limits their anticancer effectiveness. To achieve deep optical tissue and drug delivery penetration, a near-infrared second window (NIR-II)-excited and pH-responsive ultrasmall drug delivery nanoplatform was fabricated based on BSA-stabilized CuS nanoparticles (BSA@CuS NPs). The BSA@CuS NPs effectively encapsulated doxorubicin (DOX) via strong electrostatic interactions to form multifunctional nanoparticles (BSA@CuS@DOX NPs). The BSA@CuS@DOX NPs had an ultrasmall size, which allowed them to achieve deeper tumor penetration. They also displayed stronger NIR II absorbance-mediated deep optical tissue penetration than that of the NIR I window. Moreover, the multifunctional nanoplatform preferentially accumulated in tumor sites, induced tumor hyperthermia, and generated remarkably high ROS levels in tumor sites upon NIR-II laser (1064 nm) irradiation. More importantly, our strategy achieved excellent synergistic effects of chemotherapy and phototherapy (chemophototherapy) under the guidance of photothermal imaging. The developed nanoparticles also showed good biocompatibility and bioclearance properties. Therefore, our work demonstrated a facile strategy for fabricating a multifunctional nanoplatform that is a promising candidate for deep tumor penetration as an effective antitumor therapy.