北測圖南研究院在阿爾茨海默癥診治領(lǐng)域取得新的進展。近期，北測圖南研究院與徐州醫(yī)科大學合作，報道了一種基于沸石咪唑酯骨架-8 (ZIF-8)、靶向AβO的“核-殼”型“傳感與治療”一體化的CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA多功能納米復合物。相關(guān)成果以 “Multifunctional Metal–Organic Framework as A Versatile Nanoplatform for Aβ Oligomer Imaging and Chemo-Photothermal Treatment in Living Cells”為題發(fā)表在國際化學權(quán)威雜志Analytical Chemistry（DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02459），北測圖南研究院周信光博士和徐州醫(yī)科大學于妍妍教授為本文的通訊作者。

阿爾茨海默癥（AD）是一種以認知能力下降為主要特征的神經(jīng)退行性疾病。研究認為，該疾病開始于癥狀發(fā)作前20年或更早時間，最終表現(xiàn)為記憶力減退和語言功能障礙等。β-淀粉樣蛋白寡聚體（AβO）和原纖維被廣泛認為是AD的關(guān)鍵致病因素。特別是可溶性的AβO，會嚴重干擾正常細胞的突觸功能，并對AD導致的記憶力減退和認知功能障礙起到重要的推進作用。此外，AβO在大腦中的累積，能夠誘導機體產(chǎn)生過量的活性氧產(chǎn)物（ROS），而ROS被認為是推進AD進一步發(fā)展的另一個重要因素。ROS的過度累積，會導致線粒體功能障礙，降低其抗氧化防御能力，并影響細胞代謝，從而直接改變大腦的神經(jīng)傳遞和突觸可塑性，最終導致認知障礙。此外，在患者表現(xiàn)出AD的某些癥狀之前，AβO就已經(jīng)開始發(fā)揮其致病作用，因而與Aβ原纖維相比，AβO可能是更加準確預測AD進展的潛在生物標志物。

研究的主要內(nèi)容介紹：

圖示例：

CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA 的制備及其在 AβO 傳感和治療中的應用示意圖

（來源：Analytical Chemistry）

本工作中使用具有熒光淬滅效應以及近紅外（NIR）強吸收特性的聚多巴胺（PDA）作為ZIF-8的生物粘附性交聯(lián)劑，制備了ZIF-8/PDA納米復合材料。通過“一鍋法”將具有神經(jīng)保護作用的藥物白藜蘆醇（Res）、ROS清除劑Ceria納米粒子（CeONP）和熱敏劑PCM（十四烷醇），同時包封到ZIF-8/PDA的孔隙中，制得實驗所需的CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA探針。如示意圖所示，一方面，在CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA表面連接上Texas red標記的AβO適配體（Apt），利用適配體對AβO的特異性識別以及PDA對Texas red的熒光猝滅，實現(xiàn)對AβO的光學檢測和細胞內(nèi)成像。另一方面，可通過 NIR 光照，觸發(fā)PCM開關(guān)控制 Res的釋放，并聯(lián)合PDA、CeONP實現(xiàn)對AD的光熱和化學治療。

本研究首先對CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt探針對AβO的特異性、靈敏度進行了考察。在AβO濃度為10 nM至10 μM時，其濃度與熒光增強值之間呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為（F–F0)/F0 = 0.0925+0.3102CAβO (μM) (R2 = 0.9963), 在信噪比≥3的情況下，探針對AβO的LOD為3.2 nM。細胞內(nèi)熒光成像表明，在細胞內(nèi)AβO濃度為1～8 μM時，探針的熒光強度依次增強，且最佳孵育時間為4 h。當Zn2+細胞外刺激后（誘導Aβ從單體向寡聚體轉(zhuǎn)變），細胞內(nèi)熒光強度增強，這些結(jié)果證明了CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt納米復合材料能夠?qū)崿F(xiàn)細胞內(nèi)AβO成像。

【圖一 】探針的可行性、選擇性、檢測范圍及線性結(jié)果

我們接著通過NIR（808 nm, 1.8 W cm-2）照射5 min，評估CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt探針的光熱轉(zhuǎn)換能力。如圖三所示，CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt的光熱性能高度依賴于照射時間和探針濃度。隨著探針濃度從20 μg/mL增加至100 μg/mL，以及照射時間從1 min延長至5 min，探針表面的溫度也逐漸增高，并具有良好的熱穩(wěn)定性和可重現(xiàn)性。我們計算了Res在探針中的負載量約為27.5％。Res釋放曲線表明，Res能夠通過NIR照射，實現(xiàn)從CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt中的可控釋放，進而發(fā)揮其化學治療效果。體外水平治療結(jié)果表明，探針中的不同組成成分，對超氧陰離子、H2O2等多種ROS活性分子有清除作用。

【圖三 】探針的光熱性能以及Res的可控釋放圖

我們針對Aβ自聚集的現(xiàn)象，考察了該探針在抑制Aβ聚集以及解離原纖維方面的療效。ThT和TEM結(jié)果表明（圖四），探針既能夠抑制Aβ單體聚集，又能解聚Aβ原纖維，并且在光熱照射下，該性能能夠得到增強。細胞內(nèi)治療結(jié)果表明，該探針能夠在細胞水平，有效抑制Aβ單體聚集，清除AβO誘導的細胞內(nèi)過量ROS，并且探針的光熱性能，能夠增強其治療效果（圖五）。此外，JC-1、TUNEL以及Calcium-AM/PI染色結(jié)果均表明，該探針可以有效地保護神經(jīng)細胞免于Aβ誘導產(chǎn)生的凋亡。

【圖四】探針抑制Aβ聚集以及解聚Aβ原纖維的考察

本文所構(gòu)建的“核-殼”CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt納米材料，能夠通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)對AβO的熒光檢測，且特異性強、靈敏度高，能夠在細胞水平檢測AβO并監(jiān)測AβO病理進展。另一方面，該探針具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能，并具有高載藥率，能夠?qū)崿F(xiàn)NIR可控的Res釋放。體外與細胞水平實驗表明，該探針在ROS清除、抑制Aβ單體聚集、解聚Aβ纖維方面顯示出了優(yōu)異的治療效果，并且能夠有效地保護神經(jīng)細胞免于Aβ誘導產(chǎn)生的凋亡，并在NIR刺激下，材料的光熱性能能夠進一步增強治療效果。