孫晨凱，陳 鑫，程 皓，張向澤，楊筱鈺，周建平，2，3，丁 楊，3*

（1中國(guó)藥科大學(xué)藥劑系，天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210009；2中國(guó)藥科大學(xué)藥物質(zhì)量與安全預(yù)警教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210009；3國(guó)家藥品監(jiān)督管理局藥物制劑及輔料研究與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210009）

光動(dòng)力治療（photodynamic therapy，PDT）作為一種現(xiàn)代化非侵入性的新型治療手段，是繼手術(shù)、放療、化療和免疫功能治療后，被FDA批準(zhǔn)的第5種腫瘤治療策略［1］。自1978年第1種光敏劑血卟啉衍生物（hematoporphyrin derivative，HpD）應(yīng)用于臨床治療以來(lái)，PDT在皮膚病、食道癌、肺癌、乳腺癌等疾病治療中得到廣泛應(yīng)用［2］。在臨床治療中，通過(guò)靜脈注射或局部給藥方式為患者給予光敏劑（photosensitizer，PS）后，經(jīng)體循環(huán)分布，PS選擇性富集在腫瘤部位，激光觸發(fā)后與周圍氧分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的單線態(tài)氧殺傷腫瘤細(xì)胞［3］。因此與傳統(tǒng)治療手段相比，PDT療法憑借PS的選擇性聚集和光源的精準(zhǔn)定位，具有靶向性高、不良反應(yīng)小等特點(diǎn)，把對(duì)人體的醫(yī)源性損傷降到最低，在臨床治療中具有巨大優(yōu)勢(shì)［4］。

然而，PDT療法產(chǎn)生單線態(tài)氧的過(guò)程需要消耗大量氧氣，而實(shí)體瘤處于乏氧環(huán)境，因此氧氣供應(yīng)不足成為PDT發(fā)揮高效治療作用的瓶頸。提高腫瘤部位的氧含量是增強(qiáng)PDT治療效果的重要策略之一，不僅能夠逆轉(zhuǎn)腫瘤部位乏氧環(huán)境，還可以抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移與復(fù)發(fā)［5］。目前學(xué)者們針對(duì)PDT的氧依賴性設(shè)計(jì)多種納米遞送系統(tǒng)用于增強(qiáng)腫瘤部位血氧含量，包括氧氣直接遞送策略、酶催化產(chǎn)氧遞送策略、響應(yīng)型材料原位產(chǎn)氧遞送策略和微生物體供氧遞送策略。此外，納米遞送系統(tǒng)經(jīng)粒徑、形態(tài)調(diào)節(jié)和表面功能修飾，賦予PS靶向性，提升其體內(nèi)穩(wěn)定性，并滲透到病灶組織內(nèi)部的乏氧區(qū)域，改善靶區(qū)的缺氧狀態(tài)增強(qiáng)PDT治療效果，在PDT臨床應(yīng)用中具有巨大優(yōu)勢(shì)［6］。本文針對(duì)增氧型光動(dòng)力治療納米遞送系統(tǒng)的發(fā)展和前沿研究進(jìn)行綜述。

1 氧氣直接遞送策略

氧氣直接遞送系統(tǒng)在富氧環(huán)境下溶解氧氣，到達(dá)病灶部位后，在乏氧環(huán)境中通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散釋放氧氣，以起到增氧效果。在攜氧遞送材料中，血紅蛋白與全氟化碳納米粒通過(guò)化學(xué)結(jié)合或物理吸附方式裝載氧分子，具有高效的氧親和力，常用于納米遞送系統(tǒng)中，為病灶部位直接輸送氧氣。

1.1 血紅蛋白載氧納米遞送系統(tǒng)

血紅蛋白（hemoglobin，Hb）分子由4個(gè)血紅素基團(tuán)組成，每個(gè)基團(tuán)含有1個(gè)二價(jià)鐵離子，可結(jié)合一個(gè)氧分子，負(fù)責(zé)將氧氣由肺部運(yùn)送到其他組織［7］。盡管Hb具有高效的載氧和釋氧能力，但游離的Hb穩(wěn)定性低且半衰期短，不是腫瘤供氧載體的良好選擇，且血紅素基團(tuán)中的二價(jià)鐵被氧化后導(dǎo)致其載氧能力下降。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常采用聚合物、脂質(zhì)體、白蛋白和紅細(xì)胞等載體荷載Hb遞送到腫瘤部位，進(jìn)而發(fā)揮增氧PDT治療效果。

聚合物材料具有多種功能基團(tuán)、可調(diào)節(jié)的理化性質(zhì)，對(duì)Hb進(jìn)行修飾可提高其體內(nèi)穩(wěn)定性。Shi等［8］首先將血紅蛋白聚乙二醇（PEG）化，以增強(qiáng)其生物相容性，提高穩(wěn)定性并延長(zhǎng)其在體循環(huán)中的半衰期。通過(guò)疏水作用荷載光敏劑Ce6，以血紅蛋白-Ce6為穩(wěn)定劑，提供Gb3+納米顆粒的仿生合成反應(yīng)域，構(gòu)建了一種血紅蛋白介導(dǎo)的仿生順磁性納米遞送系統(tǒng)Gd@HbCe6-PEG。為使Hb更好的滲透到深層腫瘤缺氧部位，采用聚多巴胺（PDA）共載Hb和光敏劑Ce6構(gòu)建PHCe納米粒，并封裝在酸響應(yīng)的聚合物PEG-PEI膠束中，遞送到腫瘤部位后響應(yīng)性釋放PHCe，將Hb遞送到深層缺氧部位［9］。然而聚合物材料的生物相容性較低且易被清除，與之相比，將聚合物修飾的Hb納米粒包封于脂質(zhì)體中，可延長(zhǎng)Hb在體內(nèi)的半衰期，提高其穩(wěn)定性［10］。因此，有科研學(xué)者設(shè)計(jì)了仿生脂質(zhì)聚合物DSPEPEG組成的人工紅細(xì)胞包裹Hb，通過(guò)疏水和靜電作用荷載光敏劑吲哚菁綠（indocyanine green，ICG），在激光照射后，ICG將Hb中的氧氣轉(zhuǎn)化為有治療作用的單線態(tài)氧［11］（圖1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以脂質(zhì)體為遞送載體有利于提高Hb的體內(nèi)氧結(jié)合能力，且脂質(zhì)體與紅細(xì)胞的相似性賦予遞送系統(tǒng)克服生物學(xué)屏障能力，達(dá)到腫瘤部位后可有效內(nèi)化入胞釋放氧氣，從而顯著改善腫瘤部位乏氧情況，增強(qiáng)治療效果。

外源性材料具有免疫原性，不能完全滿足體內(nèi)應(yīng)用的要求，因此內(nèi)源性載體被廣泛應(yīng)用到Hb遞送系統(tǒng)中。人血清白蛋白（human serum albumin，HSA）具有天然的生物相容性和高效的腫瘤靶向性，可通過(guò)分子間二硫鍵與Hb結(jié)合，并荷載Ce6，構(gòu)建靶向性Hb納米遞送系統(tǒng)，用于抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的氧增強(qiáng)免疫原性PDT治療當(dāng)中［12］。紅細(xì)胞與Hb相容性最高，且紅細(xì)胞膜表面具有天然標(biāo)記（如CD47、唾液酸和多糖）使得制劑在體內(nèi)無(wú)免疫原性，其長(zhǎng)循環(huán)可顯著延長(zhǎng)Hb的半衰期至120 d。因此研究者們從紅細(xì)胞中分離出紅細(xì)胞膜，將PS與Hb共同融合在紅細(xì)胞膜內(nèi)，使得納米遞送系統(tǒng)具有紅細(xì)胞的基本特征，高效發(fā)揮PDT抗腫瘤作用［13］。為避免Hb在遞送過(guò)程中發(fā)生氧化損傷，可在紅細(xì)胞膜載體中引入聚多巴胺，發(fā)揮紅細(xì)胞抗氧化酶的作用，有效保護(hù)攜氧的Hb在體循環(huán)過(guò)程中的穩(wěn)定性［14］（圖2）。研究結(jié)果表明：所構(gòu)建的AmmRBC遞送系統(tǒng)攜氧能力約為165 pg，是天然紅細(xì)胞（9.2~20.8 pg）的10倍，且能夠保持Hb結(jié)構(gòu)完整，從而在缺氧環(huán)境中釋放氧氣。同時(shí)，AmmRBC的抗氧化能力與天然抗氧化酶相當(dāng)，使得Hb攜氧能力不受影響。

綜上，通過(guò)仿生材料或內(nèi)源性紅細(xì)胞膜荷載Hb，可提高Hb的體內(nèi)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)半衰期，同時(shí)賦予納米遞送系統(tǒng)靶向特異性，實(shí)現(xiàn)高效增氧PDT治療效果。

1.2 全氟化碳溶氧納米遞送系統(tǒng)

相對(duì)于Hb的低荷載量與荷載效率，氧氣通過(guò)范德華力結(jié)合在全氟化碳（perfluorocarbons，PFCs）材料中，具有較高的溶解度，每100 mL溶液可溶解氧氣40~50 mL，等同于200 mL血液的血氧含量，這歸因于PFCs碳鏈骨架完全氟化，氟元素具有高電負(fù)性，因此PFC對(duì)氧氣有更高親和力［15］。因PFCs良好的載氧能力和出色的生物相容性其常被用作PDT遞送系統(tǒng)的氧氣載體，但由于PFCs在水中高度不相溶，需采用不同的脂質(zhì)、聚合物或蛋白等對(duì)其進(jìn)行修飾，以構(gòu)建可用于體內(nèi)的增氧PDT納米遞送系統(tǒng)。Cheng等［16］設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的氧氣自供全氟化碳納米液滴遞送系統(tǒng)，將光敏劑IR780與PFCs均勻分散在一個(gè)脂質(zhì)單分子層中，該單分子層由DSPE-PEG 2000、卵磷脂和膽固醇組成。該遞送系統(tǒng)提高了PFCs的溶解性，通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散將溶解于PFCs中的氧氣釋放，提高腫瘤部位血氧含量，且延長(zhǎng)IR780產(chǎn)生的單線態(tài)氧的半衰期，提高單線態(tài)氧水平，從而進(jìn)行高效的PDT抗腫瘤治療。此外，采用兩親性聚合物（PEGMA-co-FDeMA）自組裝膠束荷載PFCs與疏水性的光敏劑竹紅菌素B，該遞送系統(tǒng)將PFCs溶解性提高至10 mg/mL，有利于增強(qiáng)氧氣荷載量，產(chǎn)生更多的單線態(tài)氧，從而提高PDT的治療效果［17］。

與Hb在高壓吸氧、低壓放氧相比，PFCs因其氧氣溶解度過(guò)高，而難以通過(guò)濃度梯度擴(kuò)散而釋放氧氣。因此，研究者們以人血清白蛋白為穩(wěn)定劑，制備PFCs納米液滴溶解大量氧氣，并通過(guò)外部低頻超聲觸發(fā)釋放氧氣［18］（圖3）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用HSA穩(wěn)定的PFC納米液滴具有良好的生物相容性，對(duì)不同類型的細(xì)胞均具有較高的安全性。體外產(chǎn)氧實(shí)驗(yàn)表明PFCs納米液滴超聲響應(yīng)后溶解氧濃度快速增加，出現(xiàn)了爆發(fā)式的氧氣釋放，顯著增強(qiáng)小鼠腫瘤部位血氧含量。為進(jìn)一步增強(qiáng)PDT治療效果，研究者們?cè)O(shè)計(jì)了一種仿生供氧納米探針CCm-HSA-ICG-PFTBA，在全氟三丁胺納米粒表面包覆腫瘤細(xì)胞膜，賦予遞送系統(tǒng)同源靶向及免疫逃逸能力［19］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該遞送系統(tǒng)富集腫瘤部位，顯著改善乏氧環(huán)境，具有高效的PDT治療作用。

總之，PFCs在多種納米遞送系統(tǒng)的介導(dǎo)下，具有良好的生物相容性和腫瘤靶向性，憑借自身高效的溶氧性質(zhì)，能夠顯著提高病灶部位血氧含量，可作為一種克服腫瘤缺氧增效治療的臨床解決方案。

2 酶催化產(chǎn)氧遞送策略

腫瘤細(xì)胞由于異常代謝，使其胞內(nèi)過(guò)氧化氫水平高于正常組織，因此過(guò)氧化氫可作為底物被催化產(chǎn)氧，改善腫瘤乏氧環(huán)境。目前，過(guò)氧化氫催化劑主要分為兩類，一類是過(guò)氧化氫酶；另一類是類過(guò)氧化氫酶，如二氧化錳、鉑納米酶以及釕配合物等。將光敏劑與催化劑共荷載構(gòu)建納米遞送系統(tǒng)，遞送到靶部位提高氧氣濃度，發(fā)揮增效PDT治療作用。

2.1 過(guò)氧化氫酶產(chǎn)氧納米遞送系統(tǒng)

過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）是一種具有極高酶周轉(zhuǎn)效率的催化酶，可快速分解過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣，通常采用物理吸附和化學(xué)交聯(lián)的固定化酶技術(shù)荷載CAT，與載體如脂質(zhì)體、聚合物材料和介孔二氧化硅等構(gòu)建增氧PDT納米遞送系統(tǒng)。Chen等［20］首先提出基于聚乳酸PLGA修飾靶向配體c（RGDfK），包埋CAT、黑洞淬滅劑-3和光敏劑亞甲藍(lán)的智能響應(yīng)性增氧遞送系統(tǒng)。該納米遞送系統(tǒng)到達(dá)腫瘤部位后，過(guò)氧化氫滲透進(jìn)入納米粒，被CAT催化分解產(chǎn)生氧氣，大量的氧氣破壞PLGA外殼，釋放了光敏劑亞甲藍(lán)，經(jīng)激光照射后殺傷腫瘤細(xì)胞。為進(jìn)一步優(yōu)化光動(dòng)力治療的活性，Kim等［21］還設(shè)計(jì)了一種中空二氧化硅納米粒吸附CAT、光敏劑Ce6和抗腫瘤藥物，構(gòu)建多階響應(yīng)性智能納米給藥系統(tǒng)，用于pH響應(yīng)性的腫瘤歸巢和線粒體靶向。體內(nèi)光聲成像實(shí)驗(yàn)表明，制劑組將腫瘤血氧含量由1.5%提高至12.6%，顯著改善腫瘤乏氧環(huán)境。同時(shí)，研究者們?cè)O(shè)計(jì)了一種以透明質(zhì)酸為載體的遞送系統(tǒng)，包裹CAT和金剛烷修飾的光敏劑Ce6，通過(guò)CD44受體介導(dǎo)入胞，催化內(nèi)源性的過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)化為氧氣［22］。與物理吸附、包埋相比，化學(xué)交聯(lián)方式更能提高CAT的體內(nèi)穩(wěn)定性，利用CAT表面賴氨酸殘基上的伯胺進(jìn)行乙烯化修飾，再與丙烯酰胺單體發(fā)生原位自由基聚合并交聯(lián)光敏劑Ce6構(gòu)建蛋白納米膠囊，可顯著提高CAT體內(nèi)催化產(chǎn)氧效果［23］。

然而，上述納米遞送系統(tǒng)在體內(nèi)的PDT抗腫瘤治療較弱，歸因于光敏劑Ce6的光毒性和激光波長(zhǎng)為660 nm的皮膚穿透性較差。因此，Huang等［24］設(shè)計(jì)了枝狀介孔有機(jī)硅納米粒荷載光敏劑吲哚菁綠和CAT來(lái)克服腫瘤乏氧微環(huán)境（圖4）。由于吲哚菁綠的三碳菁結(jié)構(gòu)，使其能夠吸收近紅外光源，此波長(zhǎng)下的光可以穿透真皮組織到達(dá)腫瘤部位，被吲哚菁綠全部吸收，從而產(chǎn)生更多的單線態(tài)氧誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡或壞死，顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)。介孔二氧化硅納米粒具有孔徑可控、比表面積大等特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的孔徑為15.9 nm，能夠充分包裹CAT等生物大分子，提高蛋白的生物相容性。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明制劑組在腫瘤部位催化效果較強(qiáng)，相應(yīng)的血氧含量水平是對(duì)照組的4.43倍。綜上，CAT作為一種高效催化酶，采用化學(xué)交聯(lián)方法荷載效果優(yōu)于物理吸附方法，能夠顯著提高腫瘤部位血氧含量，與近紅外光敏劑配伍構(gòu)建納米遞送系統(tǒng)，在臨床治療中具有良好的應(yīng)用前景。

圖4 吲哚菁綠-過(guò)氧化氫酶@介孔硅納米粒（ICG-CAT@MONs）用于富含過(guò)氧化氫的腫瘤進(jìn)行成像PDT治療[24]A:ICG-CAT@MONs設(shè)計(jì)和原理圖;B:腫瘤部位不同時(shí)間下各組血氧含量PA成像圖;C:腫瘤體積變化評(píng)價(jià)ICG-CAT@MONs藥效曲線

2.2 類過(guò)氧化氫酶產(chǎn)氧納米遞送系統(tǒng)

過(guò)氧化氫酶雖然具有高效的催化能力，但作為一種外源性酶，面對(duì)體內(nèi)復(fù)雜微環(huán)境易被降解失活。因此，類過(guò)氧化氫酶（如二氧化錳、鉑納米酶以及釕配合物等）納米遞送系統(tǒng)被廣泛研究［25-26］，常用的遞送載體包括脂質(zhì)體、聚合物納米粒、生物大分子等。研究者們將吲哚菁綠接枝在透明質(zhì)酸結(jié)構(gòu)中，并包裹二氧化錳構(gòu)成納米遞送系統(tǒng)，透明質(zhì)酸與腫瘤細(xì)胞表面過(guò)表達(dá)的CD44受體介導(dǎo)入胞，將二氧化錳遞送胞內(nèi)，催化過(guò)氧化氫發(fā)揮產(chǎn)氧增效治療作用［27］。二氧化錳作為納米酶在體內(nèi)催化過(guò)氧化氫改善腫瘤乏氧，但其降解產(chǎn)物錳離子對(duì)人體有全身毒性傷害。鑒于此，采用陽(yáng)離子聚丙烯鹽酸鹽偶聯(lián)光敏劑Ce6來(lái)修飾二氧化錳納米粒，并采用陰離子聚丙烯酸包裹陽(yáng)離子聚合物，然后與氨基末端的聚乙二醇結(jié)合，增加納米遞送系統(tǒng)的水溶性并大幅降低錳離子的系統(tǒng)毒性和Ce6的光毒性，顯著增強(qiáng)PDT抑瘤效果［28］。除二氧化錳外，鉑納米酶也是一種良好的產(chǎn)氧催化劑，研究者將鉑納米酶原位修飾在二維金屬有機(jī)框架上，構(gòu)建了一種腫瘤特異性納米催化劑遞送系統(tǒng)［29］。分散性良好的鉑納米酶具有高效催化產(chǎn)氧能力，結(jié)合靶向配體TCPP和過(guò)渡金屬釤離子，在腫瘤部位產(chǎn)生更多的單線態(tài)氧，提高PDT抗腫瘤效果?？傊?，類過(guò)氧化氫酶納米酶憑借結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高效催化等特點(diǎn)可作為CAT的替代品，用于增氧PDT納米遞送系統(tǒng)的構(gòu)建，靶向遞送到靶部位提高血氧含量，增強(qiáng)PDT治療效果。

3 響應(yīng)型材料原位產(chǎn)氧遞送策略

由于體內(nèi)環(huán)境復(fù)雜、病灶部位過(guò)氧化氫含量有限，氧氣直接遞送策略和酶催化產(chǎn)氧策略深受遞送效率和底物濃度等因素影響。為進(jìn)一步提高增氧PDT治療效果，科研學(xué)者將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移至體內(nèi)取之不盡用之不竭的水，采用響應(yīng)型材料與水反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，能夠有效改善腫瘤乏氧環(huán)境［30-31］。目前，常用的響應(yīng)型材料可受外源刺激和微環(huán)境響應(yīng)，在不同條件刺激下產(chǎn)生氧氣發(fā)揮增效PDT作用。

3.1 外源刺激材料產(chǎn)氧遞送系統(tǒng)

外源刺激主要以光刺激為主，如氮化碳、氮化鎢等光催化材料和光敏感的鉑（Ⅳ）-疊氮配合物等，由于此類材料多為金屬化合物，通常與聚合物結(jié)合構(gòu)建納米遞送系統(tǒng)。氮化碳（C3N4）因其獨(dú)特的帶隙能引起了廣泛的關(guān)注，改性后的C3N4能夠吸收大于600 nm的紅光，可用于體內(nèi)治療中［32］。C3N4納米復(fù)合物采用球磨工藝可增強(qiáng)其紅外吸收，并通過(guò)π-π作用與修飾有光敏劑原卟啉Ⅸ和腫瘤靶向多肽RGD的兩親性聚合物PEG結(jié)合，構(gòu)建碳點(diǎn)摻雜的C3N4納米給藥系統(tǒng)［33］。細(xì)胞活力實(shí)驗(yàn)表明，制劑顯著逆轉(zhuǎn)了缺氧引發(fā)的PDT耐藥性，在1%氧濃度環(huán)境下具有腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制作用。為進(jìn)一步優(yōu)化分解水產(chǎn)氧的PDT治療策略，該研究團(tuán)隊(duì)研究了另一種新型光催化材料氮化鎢（tungsten nitride，WN）。WN與其他金屬材料不同之處在于，在765 nm激光照射下可催化水分子生成氧氣，有效改善了C3N4吸收波長(zhǎng)較短的問(wèn)題，是在體內(nèi)分解水產(chǎn)生氧氣的理性材料［34］。為賦予WN腫瘤靶向性，該團(tuán)隊(duì)以WN納米粒為核心，表面包裹含有光敏劑Ce6和葉酸的PEG，該納米遞送系統(tǒng)通過(guò)EPR效應(yīng)和葉酸主動(dòng)靶向作用，富集到腫瘤部位［35］。在激光照射條件下，WN分解水分子產(chǎn)生氧氣，供給光敏劑提高PDT治療作用（圖5）。體外實(shí)驗(yàn)表明，制劑經(jīng)激光照射后能產(chǎn)生較多的氧氣，顯著提高了光敏劑Ce6的單線態(tài)氧產(chǎn)生水平。同時(shí)，藥效學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，制劑組中出現(xiàn)大面積腫瘤組織凋亡，具有較強(qiáng)的PDT治療效果。此外，含有順式二胺配體的鉑-疊氮配合物對(duì)光十分敏感，經(jīng)激光照射后生成氧氣與具有細(xì)胞毒性的二價(jià)鉑［36］，鉑與光敏劑Ce6接枝于PEG兩端，自組裝成荷載香豆素6-鉑-聚乙二醇納米粒（CPP）膠束。由于鉑（Ⅳ）配合物在近紅外光下分解能力有限，采用上轉(zhuǎn)化納米粒與CPP共組裝得到荷載香豆素6-鉑-聚乙二醇上轉(zhuǎn)化納米粒（UCPP）自產(chǎn)氧納米給藥系統(tǒng)［37］（圖6）。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，UCPP在多種腫瘤動(dòng)物模型小鼠均具有高效的抑瘤效果，能夠延長(zhǎng)荷瘤小鼠生存期，提高存活率。

圖5 WN光催化材料用于光動(dòng)力治療[35]A:FWC光催化新材料用于PDT治療示意圖;B:經(jīng)治療后腫瘤TUNEL、HE切片結(jié)果;C:各組治療小鼠瘤體積生長(zhǎng)曲線

圖6 荷載香豆素6-鉑-聚乙二醇上轉(zhuǎn)化納米粒（UCPP）自產(chǎn)氧納米給藥系統(tǒng)用于PDT治療[37]A:UCPP制備過(guò)程及產(chǎn)氧原理示意圖;B:Hela,HCT116,MDA-MB-231,B16腫瘤模型中不同制劑小鼠瘤體積變化曲線

總之，外源性響應(yīng)型材料納米遞送系統(tǒng)在外界光源刺激下持續(xù)產(chǎn)生氧氣，避免因過(guò)氧化氫來(lái)源不足而導(dǎo)致的氧氣含量低等問(wèn)題，作為一種新型材料具有巨大的應(yīng)用前景。

3.2 微環(huán)境響應(yīng)材料產(chǎn)氧納米遞送系統(tǒng)

與外源刺激響應(yīng)材料不同的是，借助內(nèi)源微環(huán)境的響應(yīng)材料可有效規(guī)避光源波長(zhǎng)等問(wèn)題，與靶部位水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氧氣和過(guò)氧化氫；其中，氧氣被光敏劑激發(fā)產(chǎn)生有治療作用的單線態(tài)氧，而過(guò)氧化氫可被輔助催化劑催化產(chǎn)氧，進(jìn)一步提高腫瘤部位血氧含量。目前，常用的內(nèi)源性響應(yīng)材料是以過(guò)氧化鈣為主的無(wú)機(jī)過(guò)氧化物，為提高其體內(nèi)相容性，采用兩親性聚合物荷載過(guò)氧化物構(gòu)建納米遞送系統(tǒng)。Sheng等［38］首先將pH敏感的甲基丙烯酸酯共聚物包裹過(guò)氧化鈣納米粒，遞送系統(tǒng)到達(dá)腫瘤部位后，聚合物在低pH條件下裂解，釋放過(guò)氧化鈣與水反應(yīng)生成氧氣。伴隨氧氣的產(chǎn)生，靶部位的過(guò)氧化氫也隨之增加。鑒于此，研究者們將二氧化錳納米粒引入到過(guò)氧化鈣納米遞送系統(tǒng)中，采用尾靜脈注射二氧化錳納米粒，經(jīng)MR導(dǎo)向腫瘤部位，催化過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣，進(jìn)一步提高腫瘤部位血氧含量［39］。然而，這種給藥方式存在時(shí)間和空間上的差異，經(jīng)體循環(huán)后難以同時(shí)遞送到腫瘤部位，PDT治療效果欠佳。因此，將過(guò)氧化鈣荷載到硅酸錳納米粒表面，并吸附光敏劑ICG，同時(shí)孵育相變材料月桂酸，起到隔絕水分、保護(hù)響應(yīng)材料的作用［40］。當(dāng)納米粒達(dá)到靶部位被激光照射后，由于ICG的光熱效應(yīng)，局部溫度升高，超過(guò)月桂酸的熔點(diǎn)使其熔化，進(jìn)而釋放過(guò)氧化鈣，發(fā)生內(nèi)源性響應(yīng)產(chǎn)生氧氣，同時(shí)生成的過(guò)氧化氫經(jīng)二價(jià)錳催化成氧氣，進(jìn)一步增強(qiáng)PDT治療效果。

綜上，微環(huán)境響應(yīng)材料結(jié)合過(guò)氧化氫催化劑能夠進(jìn)一步提高氧氣含量，增強(qiáng)PDT治療效果，此外，針對(duì)微環(huán)境響應(yīng)材料特有的理化性質(zhì)，需設(shè)計(jì)有效的載體保護(hù)其體內(nèi)穩(wěn)定性。微環(huán)境響應(yīng)材料納米遞送系統(tǒng)為改善腫瘤乏氧環(huán)境提供了一種全新的研究思路，值得進(jìn)一步探索研究。

4 微生物體供氧遞送策略

自然界中微生物通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣，具有持續(xù)、可控、高產(chǎn)等特點(diǎn)，被應(yīng)用在增氧PDT治療。目前，產(chǎn)氧微生物體主要分為兩類：一類是藍(lán)細(xì)菌原核生物；另一類是綠藻門類真核生物。構(gòu)建微生物遞送系統(tǒng)，可極大改善病灶部位乏氧環(huán)境，在增強(qiáng)PDT治療、改善腫瘤耐藥性以及其他慢性傷口治療領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

4.1 藍(lán)細(xì)菌供氧遞送系統(tǒng)

藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteria）是一類具有光合產(chǎn)氧能力的原核生物，其胞質(zhì)中含有大量的類囊體結(jié)構(gòu)，各種光和色素及光和酶附著其上。藍(lán)細(xì)菌可作為仿生載體，因其膜表面富含游離氨基，與靶向配體結(jié)合，經(jīng)體循環(huán)靶向腫瘤部位。Liu等［41］首先設(shè)計(jì)了人血清白蛋白（HSA）荷載光敏劑ICG得到HSA/ICG納米粒，再通過(guò)HSA的羧基與藍(lán)細(xì)菌表面氨基發(fā)生酰胺化反應(yīng)，整合得到S/HSA/ICG遞送系統(tǒng)。由于藍(lán)藻只能吸收420~660 nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)進(jìn)行光合作用，該遞送系統(tǒng)體內(nèi)藥效學(xué)中采用660 nm激光照射，皮膚穿透效果較差。因此，有研究者將上轉(zhuǎn)換納米粒荷載到藍(lán)細(xì)菌內(nèi)，同時(shí)孵育了荷載化藥甲氨蝶呤的溫敏水凝膠（PLCA-PEGPLCA），構(gòu)建近紅外光響應(yīng)時(shí)空可控的藍(lán)細(xì)菌遞送系統(tǒng)CMP［42］。CMP可吸收808 nm近紅外光并轉(zhuǎn)化為藍(lán)細(xì)菌可吸收的420~480 nm的藍(lán)光，既保證了光合產(chǎn)氧量，又能夠深層穿透組織。在808 nm激光照射下藍(lán)細(xì)菌光合作用產(chǎn)氧，抑制缺氧誘導(dǎo)因子-1α表達(dá)，增加抗炎巨噬細(xì)胞數(shù)量，與甲氨蝶呤協(xié)同抗炎，表現(xiàn)出良好的抗類風(fēng)濕PDT治療效果。此外，采用藻酸鹽凝膠包裹藍(lán)細(xì)菌封裝成貼片劑，可用于慢性傷口的局部氧療，促進(jìn)傷口愈合，這種遞送系統(tǒng)也可用于PDT治療皮膚疾病當(dāng)中。盡管藍(lán)細(xì)菌易于生長(zhǎng)，培養(yǎng)成本較低，但距離臨床應(yīng)用仍有一定距離，其體內(nèi)生物相容性、在體存活時(shí)間等問(wèn)題需進(jìn)一步探究，但藍(lán)細(xì)菌遞送系統(tǒng)為改善乏氧PDT治療開(kāi)辟了一條全新的思路。

4.2 綠藻供氧遞送系統(tǒng)

綠藻（chlorella）是一種生長(zhǎng)在淡水中的單細(xì)胞真核微藻，直徑為2~10μm，含有大量的葉綠素A和葉綠素B，其光合產(chǎn)氧效率顯著高于藍(lán)細(xì)菌，可有效改善乏氧環(huán)境，是目前微生物體供氧的熱點(diǎn)研究。由于綠藻獨(dú)特的理化性質(zhì)，常采用凝膠載體荷載綠藻原位給藥，同時(shí)引入碳源作為光合作用底物，起到長(zhǎng)效供氧目的。Lee等［43］采用HSA-PEG包裹綠藻和金納米粒，形成原位可注射水凝膠，提高腫瘤部位血氧含量。與PEG相比，海藻酸鹽作為一種高黏附性的天然多糖，與綠藻相容性更高，被廣泛用于藥物遞送系統(tǒng)中。因此，研究者們利用海藻酸鈣凝膠包裹綠藻形成chlorella-Gel，與全氟化碳荷載光敏劑Ce6的納米粒PFCNPs構(gòu)成增氧給藥系統(tǒng)［44］。采用原位注射方式將chlorella-Gel遞送到小鼠腫瘤部位，再將PFC-NPs靜脈注射到小鼠體內(nèi)，綠藻經(jīng)激光照射后進(jìn)行光合作用產(chǎn)生的氧氣被PFC吸收，PFC作為儲(chǔ)氧罐將氧氣存儲(chǔ)起來(lái)，供給光敏劑轉(zhuǎn)化為單線態(tài)氧，從而起到高效的腫瘤細(xì)胞殺傷效果（圖7）。此外，也有其他學(xué)者利用海藻酸鈣凝膠保護(hù)綠藻，使其免受巨噬細(xì)胞吞噬，以微創(chuàng)植入到腫瘤組織周圍，發(fā)揮持續(xù)產(chǎn)氧作用［45］。綜上，綠藻遞送系統(tǒng)具有良好的體內(nèi)安全性和生物相容性，在光源控制下可持續(xù)釋氧，其產(chǎn)氧量是無(wú)機(jī)催化產(chǎn)氧的3倍。但綠藻供氧效率受到氧氣擴(kuò)散速率影響，因此，結(jié)合儲(chǔ)氧材料收集光合作用產(chǎn)生的氧氣，可進(jìn)一步提高病灶部位的氧含量，使其在增氧PDT治療領(lǐng)域具有更好的應(yīng)用價(jià)值。

圖7 綠藻凝膠（Chlorella-Gel）與全氟化碳納米粒（PFC-NPs）用于抗腫瘤缺氧PDT治療[44]A:可持續(xù)PDT治療的光控產(chǎn)氧與收集示意圖;B:原位Chlorella-Gel不同時(shí)間下的圖像圖;C:CT26腫瘤模型中原位凝膠在紅燈循環(huán)下重復(fù)產(chǎn)氧;D:Chlorella-Gel注射腫瘤部位24 h后氧氣產(chǎn)生情況

5 總結(jié)與展望

光動(dòng)力治療因其獨(dú)特的腫瘤靶向性和低醫(yī)源性損傷具有深遠(yuǎn)的臨床治療意義。可是，PDT對(duì)氧氣的高度依賴性及腫瘤部位的乏氧環(huán)境，限制了PDT的治療效果。因此，研究者設(shè)計(jì)多種納米遞送系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)乏氧部位的PDT治療效果，如氧氣直接遞送策略、酶催化過(guò)氧化氫產(chǎn)氧策略、響應(yīng)型材料原位產(chǎn)氧策略和微生物體光合作用供氧策略等。目前，PDT在臨床應(yīng)用中仍然存在諸多挑戰(zhàn)，如光敏劑不良反應(yīng)、光源波長(zhǎng)穿透能力、制劑靶向遞送等問(wèn)題。相信隨著納米醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和光學(xué)學(xué)科的發(fā)展與融合，這些問(wèn)題將逐個(gè)得以解決，最終得到臨床可行、令人滿意的PDT納米遞送系統(tǒng)。