【HOF载药】氢键有机框架纳米闪烁体用于肝细胞癌的 X 射线诱导光动力治疗

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海军军医大学第三附属医院（上海东方肝胆外科医院）杨田副教授、沈锋教授团队及上海大学向慧静教授、陈雨教授研究团队在《Advanced Materials》2025 年发表的文章（DOI:10.1002/adma.202417001）中，设计了基于氢键有机框架（HOF）的双功能纳米闪烁体 BPT-HOF@PEG，用于 X 射线诱导的光动力治疗（X-PDT）。该材料通过同步吸收 X 射线能量并转化为单线态氧（¹O₂），在体外和体内实验中显著抑制肝癌细胞生长，抑制率高达 90.4%，为深层肿瘤治疗提供了低毒高效的新策略。

研究背景
1.行业问题：
传统 X-PDT 依赖重金属无机闪烁体（如 Zn₂SiO₄:Mn）和有机光敏剂，存在毒性高、能量转换效率低的问题。
肝癌组织的缺氧特性导致放疗耐药性，现有治疗手段（如立体定向放疗 SRT）疗效受限。
2.研究现状：
已有研究通过引入重金属元素（如 Hf、Ce）增强 X 射线吸收，但生物相容性不足。
有机磷光材料因长寿命三线态激子被关注，但其 X 射线响应效率和稳定性仍需优化。
3.本文创新：
首次设计了具有磷光特性的氢键有机框架 BPT-HOF@PEG，兼具闪烁体和光敏剂功能，减少能量损耗。
通过引入溴（Br）、氧（O）、氮（N）原子增强系间窜越（ISC），并利用 π-π 堆叠稳定三线态激子，提高 ¹O₂产率。

实验与分析
1.材料合成与表征：
合成方法：以三臂前驱体 BPT（含咔唑和羰基结构）通过氢键自组装形成 HOF 单晶，经 PEG 修饰得到 BPT-HOF@PEG 纳米颗粒。
关键表征：
TEM 显示纳米颗粒尺寸约 180 nm，分散性良好；DLS 证实其在生理条件下稳定。
FTIR 和 XRD 验证材料结构，元素分析确认 Br、O 元素存在。
磷光寿命测试显示 70.7 ms 长寿命，X 射线激发下发光效率显著。
2.应用性能测试：
¹O₂生成能力：ABDA、DPBF 和 SOSG 探针实验证实，X 射线照射下 BPT-HOF@PEG 产生大量 ¹O₂，且剂量依赖性显著（如 4 Gy 时 ¹O₂水平提升 71.4%）。
体外治疗效果：Hepa1-6 肝癌细胞存活率在 200 μg/mL 材料 + 4 Gy X 射线照射下降至 29.9%，流式细胞术显示凋亡率达 41.6%。
体内实验：荷瘤小鼠肿瘤抑制率达 90.4%，H&E 和 TUNEL 染色显示肿瘤细胞凋亡显著，且无明显全身毒性。
3.性能机制分析：
理论计算：DFT 计算表明，Br 原子和羰基结构增强 ISC，促进三线态激子生成（72.3%）。
协同效应：X 射线直接诱导 DNA 损伤（γ-H2AX 表达增加），同时 ¹O₂破坏细胞膜和线粒体，双重机制提升治疗效果。

总结
1.BPT-HOF@PEG 在 X 射线照射下高效产生活性氧，体内外实验均显著抑制肝癌生长。
RNA 测序揭示其通过调控凋亡、NF-κB、MAPK 等通路诱导肿瘤细胞死亡。
2.开发了首例用于 X-PDT 的双功能氢键有机框架材料，解决了传统材料毒性和效率问题。
实现低剂量 X 射线（6 Gy）下的高效治疗，突破深层肿瘤治疗限制。
3.为肝癌治疗提供了低毒、精准的新策略，有望成为不可切除肿瘤的替代疗法。
拓展了氢键有机框架在生物医学领域的应用，为设计多功能纳米诊疗平台提供新思路。

Hydrogen-Bonded Organic Framework Nanoscintillators for X-Ray-Induced Photodynamic Therapy in Hepatocellular Carcinoma
文章作者：Lihui Gu, Han Wu, Xu Li, Jiahao Xu, Mingda Wang, Chao Li, Lanqing Yao, Yongkang Diao, Yuchen Li, Fujie Chen, Feng Shen, Huijing Xiang, Yu Chen, Tian Yang
DOI：10.1002/adma.202417001
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202417001

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