基于光激活金属聚合物的按需释放光敏剂和抗癌药物的顺序双模型策略
化疗和光动力疗法的协同联合治疗因其能够增强抗肿瘤作用而备受关注。然而，如何成功地传递光敏剂和抗癌药物，同时尽量减少药物在脱靶部位的泄漏，仍然是一个挑战。
聚合物纳米粒子具有良好的生物相容性和载药能力，是化学光动力治疗中很有前途的纳米载体光敏剂和抗癌药物的生物分布。它们的释放可由不同刺激触发，包括细胞内缺氧、溶酶体酸性环境、过表达的酶和活性氧 (ROS)。然而，细胞内刺激引起的药物释放会导致药物不可控制的释放。遗憾的是，该配方在循环过程中不可避免地会出现药物外泄，造成不良的副作用，降低了协同治疗的效率。因此，开发合成方法简单、生物可降解性好的新型聚合物作为协同化学光动力治疗手段是十分迫切和必要的。
2021 年 10 月 18 日，来自高分子科学与工程辽宁省重点实验室的研究员合成了一种红光激活的金属聚合物 Poly (Ru/PTX)，用于化学光动力联合治疗，并在 ADVANCED SCIENCE 上发表了题为 “A Sequential Dual-Model Strategy Based on Photoactivatable Metallopolymer for On-Demand Release of Photosensitizers and Anticancer Drugs” 的研究论文。
Poly (Ru/PTX) 是通过哌啶功能化聚乙二醇嵌段聚碳酸酯 (MPEG-b-PTMCP) 的合成 Ru 配合物和紫杉醇（PTX）与聚乙二醇嵌段聚碳酸酯 (MPEG-b-PTMCP) 的结合来构建的。在制备的 Poly (Ru/PTX) 中，Ru 配合物和紫杉醇（PTX）都是疏水的，而甲氧基聚乙二醇 (MPEG) 是高度亲水的。因此，该聚合物表现出明显的两亲性，以甲氧基聚乙二醇 (MPEG) 为外壳，以 Ru 配合物和紫杉醇（PTX）功能化聚碳酸酯为疏水内核，促进了纳米粒子在水溶液中的自组装。重要的是，钌配合物的聚合提高了光敏剂在水相中的稳定性，有利于体内血液的长循环。
接下来，该研究团队进行了 GPC 测量，以证明 Ru 配合物和紫杉醇（PTX）的光诱导释放。TEM 观察进一步表明，红光处理有助于纳米颗粒形态的改变。这些结果表明，聚 (Ru/PTX) 纳米颗粒可以有效地避免药物泄漏，从而减少意外的毒副作用。同时，光触发按需给药将确保肿瘤靶向治疗活性。
为了评估纳米颗粒的细胞摄取情况，该研究团队将 MCF-7 细胞用载染料的 Poly (Ru) 和 Poly (Ru/PTX) 纳米颗粒处理 6 小时。然后将细胞彻底清洗，并使用共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM) 对细胞进行评估。在 MCF-7 细胞与载染料纳米颗粒培养后观察到明显的红色荧光，表明纳米颗粒被癌细胞有效内化。
该研究团队使用 Annexin V - 荧光素异硫氰酸酯 (FITC) 凋亡检测试剂盒进一步评估 Poly (Ru/PTX) 纳米颗粒诱导的细胞凋亡。红光处理后的 Poly (Ru) 和 Poly (Ru/PTX) 纳米粒子的凋亡率明显高于未红光处理组，说明红光可以显著增强纳米粒子的抗癌作用。结果表明，Poly (Ru/PTX) 纳米颗粒和红光照射下的细胞凋亡率最高 (47.7%)。这些结果与体外细胞毒性实验结果一致，表明聚 (Ru/PTX) 纳米颗粒的化学光动力疗法能更有效地诱导肿瘤细胞死亡，在体内具有很大的应用潜力。
为了确定最佳的体内光治疗时间点，该研究团队利用体内荧光成像研究了纳米颗粒在皮下移植瘤小鼠 4T1 模型中的积累情况。研究表明 Poly (Ru/PTX) 纳米颗粒由于血液循环延长和纳米颗粒的被动靶向肿瘤作用，可以有效地在肿瘤部位聚集。
最后，该研究团队还合成了不可降解的聚丙烯酸酯类类似物 (MPEG-b-PAPH-(Ru/PTX)) 作为比较聚合物。除了不可降解的聚丙烯酸酯主干外，所有其他化学结构保持不变。将相同剂量的 Poly (Ru/PTX) 和 MPEG-b-PAPH-(Ru/PTX) 纳米颗粒皮下注射小鼠，保持 30 天。皮肤组织的 H&E 染色显示，MPEG-b-PAPH-(Ru/PTX) 纳米颗粒引起小鼠体内高水平的中性粒细胞浸润，但 Poly (Ru/PTX) 纳米颗粒和 PBS 组小鼠的中性粒细胞浸润程度要低得多。这些结果可以归因于聚碳酸酯基聚 (Ru/PTX) 具有良好的生物相容性和降解性。溶血分析进一步证实 Poly (Ru/PTX) 纳米颗粒具有良好的血液相容性。以上结果充分证明了纳米颗粒在体内具有良好的生物安全性。
综上所述，该研究团队合成了一种红光激活的金属聚合物 Poly (Ru/PTX)，以优化化学光动力疗法。研究表明 Poly (Ru/PTX) 纳米颗粒显示出一种协同的化学光动力疗法，这在体外和体内都得到了证实。这项研究首次提出了一种连续双模型策略的金属聚合物，用于在癌症治疗中按需释放光敏剂和抗癌药物。