近年來，光學療法作為惡性腫瘤治療領(lǐng)域的新興治療手段，憑借其高精準定位性、低創(chuàng)傷性及有限的毒副作用，正逐步成為科研與臨床關(guān)注的焦點。其中，基于生物分子的光療材料，尤其是兼具優(yōu)異生物相容性與獨特手性特征的材料，更是成為腫瘤光療領(lǐng)域探索的前沿和熱點。然而，傳統(tǒng)生物光療材料存在生物組織的穿透能力有限及腫瘤部位蓄積量不足等問題，加之對手性結(jié)構(gòu)在光療中作用機制的深入理解欠缺，嚴重制約了其向臨床轉(zhuǎn)化的進展。

面對這一挑戰(zhàn)，中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所/閩都創(chuàng)新實驗室的陳學元團隊取得了重要進展。他們開發(fā)了一種新型近紅外圓偏振光響應型量子點水凝膠（CuInSe₂@ZnS QDs@L/D-Gel），該材料在小鼠活體腫瘤的光學治療中展現(xiàn)出非凡潛力（圖1）。團隊通過精細調(diào)控銅銦硒核殼結(jié)構(gòu)量子點（CuInSe₂@ZnS QDs）與氨基酸分子的自組裝路徑，構(gòu)建出納米尺度的左/右手性螺旋纖維結(jié)構(gòu)，進而形成了手性超分子量子點水凝膠（QDs@L/D-Gel）（圖2a-b）。這一設計不僅拓寬了材料的光響應范圍，覆蓋了從紫外到近紅外的寬激發(fā)光譜區(qū)域（激發(fā)波長：300-900 nm），還賦予了材料優(yōu)異的近紅外圓偏振發(fā)光性能（發(fā)射波長：778-1054 nm）。尤為引人注目的是，其吸收不對稱因子和發(fā)光不對稱因子分別達到1.3 × 10^-2和3.4 × 10^-3（圖2c-d），這些數(shù)據(jù)表明該材料在光與物質(zhì)相互作用過程中具有很高的手性選擇性，為實現(xiàn)精準光療提供了有力支持。

圖1. 近紅外圓偏振光響應型量子點水凝膠QDs@L/D-Gel的構(gòu)建及腫瘤光療示意圖

在體外實驗中，當采用808 nm左旋圓偏振光（LCP）作為光源進行照射時，左手性QDs@L-Gel展現(xiàn)出了高達43%的光熱轉(zhuǎn)換效率（PCE），同時活性氧（ROS）產(chǎn)率也實現(xiàn)了顯著提升。這一表現(xiàn)相較于常規(guī)激光器線偏振光（LP）照射下的結(jié)果（PCE 僅為 36%，且ROS產(chǎn)率明顯不足）而言，具有顯著優(yōu)勢（圖2e-g）。此發(fā)現(xiàn)揭示了手性超分子水凝膠對手性匹配圓偏振光的高度選擇性吸收特性和在光熱/光動力治療中的獨特優(yōu)勢。

進一步地，在小鼠活體腫瘤治療實驗中，左手性QDs@L-Gel的優(yōu)異性能得到了充分驗證。該材料在腫瘤部位的駐留時間顯著延長（> 72 h），遠超傳統(tǒng)量子點通常的駐留時間（< 24 h）。這一特性確保了治療材料在腫瘤病灶區(qū)域的有效積累與穩(wěn)定性，為后續(xù)的精準治療奠定了堅實基礎(chǔ)。通過808 nm LCP光輻照，團隊實現(xiàn)了高達83%的腫瘤抑制率，這一效果明顯優(yōu)于同等條件下采用LP光進行治療的結(jié)果（僅為32%）（圖2h-j）。上述實驗結(jié)果不僅證實了通過調(diào)控入射光的手性可以顯著提升腫瘤部位手性超分子水凝膠的光熱轉(zhuǎn)換效率和ROS產(chǎn)率，還為實現(xiàn)高效、精準的光熱/光動力聯(lián)合治療策略提供了重要的實驗依據(jù)。

圖2. QDs@L/D-Gel的（a）制備流程示意圖、（b）AFM形貌圖、（c）圓二色譜圖、（d）圓偏振光譜圖和（e）光熱/光動力治療示意圖。QDs@L-Gel的（f）光熱升溫趨勢圖、（g）順磁波譜圖、（h）腫瘤駐留時間對比圖、（i）體內(nèi)紅外熱成像圖及（j）光療后腫瘤照片

綜上所述，該研究成果不僅是對傳統(tǒng)生物光療材料的一次重大革新，更為惡性腫瘤的光學治療開辟了新的路徑。該研究以“Near-infrared circularly polarized light triggered phototherapy based on hybrid CuInSe₂ quantum dot hydrogels”為題，于2024年8月10日在線發(fā)表于《Nano Today》（Nano Today2024,58,102436. DOI: 10.1016/j.nantod.2024.102436）。論文的第一作者是中國科學院福建物構(gòu)所與福州大學聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生高航，通訊作者為中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所/閩都創(chuàng)新實驗室的劉?副研究員和陳學元研究員。該工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和福建省自然科學基金等項目支持。

此前，陳學元團隊已在稀土熒光生物探針、腫瘤微環(huán)境響應納米藥物及上轉(zhuǎn)換超分子材料等相關(guān)領(lǐng)域取得了多項重要進展。例如，研發(fā)出腫瘤微環(huán)境響應/腎清除型稀土-核苷酸自組裝納米藥物，實現(xiàn)了對腫瘤部位的精準無毒治療（Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202116983）；定制設計了新型上轉(zhuǎn)換超分子有機-無機雜化材料，用于腫瘤近紅外圓偏振光的精準控制治療（Chem.?Eng.?J.2023,?474,?145429）；還開發(fā)了基于卟啉MOF-稀土上轉(zhuǎn)換納米平臺的高效光動力抗菌治療技術(shù)（Nano Today2024,54,?102089）。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102436