学术研究报告：人血清白蛋白包裹的富硼碳点作为硼中子俘获治疗的靶向“引航灯”

第一作者及单位
本研究的通讯作者为东北师范大学化学学院的黄宇彬（Yubin Huang）和齐燕新（Yanxin Qi），合作作者包括来自兰州大学第二医院泌尿外科的杨勇（Yong Yang）以及东北师范大学物理学院的荆世伟（Shiwei Jing）等。该研究发表于《Advanced Science》期刊，具体发表日期为2024年。

学术背景
硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy, BNCT）是一种基于核俘获与裂变反应的靶向放射疗法，因其高精准性、短疗程和低副作用的特点，被认为是治疗恶性肿瘤最具前景的手段之一。然而，现有临床硼递送剂的肿瘤摄取不足限制了其应用。因此，开发具有高选择性、易递送性和高硼载量的新型硼药物成为当前研究热点。本研究设计并合成了富硼碳点（Boron-containing Carbon Dots, BCDs）及其人血清白蛋白（Human Serum Albumin, HSA）复合物（BCDs-HSA），旨在通过纳米载体提升硼的靶向递送效率，并利用荧光成像实现体内硼分布的实时追踪。

研究流程
1. BCDs与BCDs-HSA的合成与表征
- 合成方法：以硼酸和对苯二胺为原料，通过溶剂热法合成BCDs，再与HSA在40°C下孵育形成BCDs-HSA复合物。
- 表征技术：透射电子显微镜（TEM）显示BCDs为平均直径2.7 nm的球形颗粒；X射线衍射（XRD）和红外光谱（FT-IR）证实了硼的成功掺杂；紫外-可见吸收光谱和荧光光谱显示BCDs具有激发波长无关的橙色荧光发射（610 nm），且BCDs的硼含量高达7.1 wt%，显著高于临床药物BPA（5.2 wt%）。
- 复合物特性：BCDs-HSA的流体动力学直径增至164 nm，圆二色谱（CD）表明HSA的构象未发生明显变化，复合物保留了BCDs的光学特性。

1. 生物相容性与体外BNCT效果评估

   • 细胞毒性实验：MTT法和活/死细胞染色显示，BCDs和BCDs-HSA对L929、RM-1（前列腺癌细胞）和B16-F10（黑色素瘤细胞）均无显著毒性，且HSA的引入进一步提高了生物相容性。
     
   • 溶血实验：溶血率低于1.5%，证实其血液相容性。
     
   • 体外BNCT效果：在热中子照射下，BCDs-HSA对RM-1和B16-F10细胞的半数抑制浓度（IC50）分别为9.817 μg/mL和6.139 μg/mL，显著优于单纯BCDs，克隆形成实验和凋亡检测（Annexin V-FITC/PI染色）进一步验证了其杀伤效果。
     

2. 肿瘤靶向性与体内分布研究

   • 细胞摄取机制：流式细胞术和荧光成像表明，BCDs-HSA通过EPR效应（被动靶向）和SPARC蛋白介导的主动靶向，在B16-F10细胞（高表达SPARC）中的摄取量显著高于RM-1细胞。
     
   • 体内分布：荧光成像和ICP-AES分析显示，BCDs-HSA在RM-1和B16-F10荷瘤小鼠肿瘤中的富集量分别达28.19 μg/g和33.47 μg/g，肿瘤/正常组织比值（T/N）分别为5.94和6.53，满足BNCT的临床需求（T/N > 3）。
     

3. 体内BNCT疗效验证

   • 前列腺癌模型：BCDs-HSA联合中子照射使肿瘤抑制率达11%，病理分析（HE、Ki67、γ-H2AX、TUNEL染色）显示显著的DNA损伤和凋亡。
     
   • 黑色素瘤模型：BCDs-HSA的肿瘤抑制率进一步提升至29.35%，证实其靶向性优势。
     

结论与意义
本研究成功开发了兼具高硼载量、长波长荧光和肿瘤靶向功能的BCDs-HSA复合物，为BNCT提供了一种“一石三鸟”的创新策略：
1. 科学价值：首次将碳点与HSA结合用于BNCT，揭示了SPARC介导的主动靶向机制。
2. 应用价值：BCDs-HSA的荧光特性可实现硼分布的实时监测，其高T/N比和低毒性为临床转化奠定基础。
3. 拓展潜力：BCDs的光学特性为后续联合光热/光动力治疗提供了可能。

研究亮点
1. 高硼载量与荧光特性：BCDs的硼含量（7.1 wt%）和橙色荧光发射为当前报道的最高水平。
2. 双靶向设计：通过HSA的EPR效应和SPARC介导的主动靶向，显著提升肿瘤富集。
3. 多模型验证：在前列腺癌和黑色素瘤模型中均展现出显著疗效，普适性强。

其他有价值内容
研究还发现，BCDs-HSA在黑色素瘤模型中的疗效优于前列腺癌模型，可能与SPARC表达差异相关，为后续靶向优化提供了方向。此外，蒙特卡洛模拟（MCNP5）用于中子剂量计算，确保了实验的精确性。