本研究由上海师范大学资源化学教育部重点实验室的Meie He、Yanan Chen、Cheng Tao等学者共同完成，研究成果发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊2019年第11卷。论文标题为《Mn−Porphyrin-Based Metal−Organic Framework with High Longitudinal Relaxivity for Magnetic Resonance Imaging Guidance and Oxygen Self-Supplementing Photodynamic Therapy》，聚焦于开发一种兼具磁共振成像（MRI）引导和自供氧光动力治疗（PDT）功能的多功能纳米平台。

学术背景

该研究属于纳米医学与生物材料交叉领域，针对肿瘤诊疗中的两大核心挑战：（1）传统钆（Gd）基MRI造影剂的生物毒性风险；（2）光动力治疗中肿瘤缺氧环境导致的疗效受限。金属有机框架（MOF, Metal−Organic Framework）材料因其可调控的孔隙结构和明确的组分成为理想载体。Mn−卟啉（Mn−Porphyrin）配体具有催化过氧化氢（H₂O₂）生成氧气的能力，同时可作为MRI的T₁加权对比剂。然而，游离Mn−卟啉分子易聚集，导致弛豫率低且催化活性不足。本研究通过构建Zr₆簇与Mn−卟啉配体自组装的PCN-222(Mn) MOF纳米颗粒，解决了上述问题。

研究流程与方法

1. 材料合成与表征

   • 合成方法：以ZrOCl₂和Mn−卟啉配体（TCPP−Mn）为原料，在DMF中90℃反应5小时，获得橄榄状PCN-222(Mn)纳米颗粒（尺寸约300×130 nm）。
     
   • 表征技术：通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）验证形貌与晶体结构；紫外-可见光谱（UV−Vis）确认Mn配位；X射线光电子能谱（XPS）和能量色散谱（EDS）分析元素分布；动态光散射（DLS）评估胶体稳定性。
     

2. MRI性能测试

   • 弛豫率测定：在0.5 T和1.0 T磁场下，测定PCN-222(Mn)的纵向弛豫率（r₁）分别为30.3 mM⁻¹s⁻¹和35.3 mM⁻¹s⁻¹，显著高于临床Gd−DTPA（4.6 mM⁻¹s⁻¹）。
     
   • 机制分析：MOF的开放通道结构增强水分子亲和力，延长Mn³⁺周围水分子的停留时间，从而提升弛豫率。
     

3. 催化与光动力性能

   • 类过氧化氢酶活性：在pH 7.4和6.5条件下，PCN-222(Mn)可将10 mM H₂O₂转化为氧气（25分钟内氧气浓度从5.0 mg/L升至9.3 mg/L），而PCN-222无此活性。
     
   • 单线态氧（¹O₂）生成：通过ABDA荧光探针检测，证实PCN-222(Mn)在660 nm激光照射下可高效产生¹O₂，且在缺氧环境中依赖H₂O₂维持活性。
     

4. 体外与体内实验

   • 细胞实验：4T1肿瘤细胞在100 μg/mL PCN-222(Mn)与H₂O₂共处理并激光照射后，存活率降至22%（流式细胞术显示78%细胞凋亡）。
     
   • MRI引导治疗：荷瘤小鼠尾静脉注射PCN-222(Mn)后8小时，肿瘤部位T₁信号增强65%，同步激光照射抑制肿瘤生长70%（15天后体积对比）。
     

主要结果与逻辑关联

• 高弛豫率机制：MOF的孔隙结构使Mn³⁺高度分散，开放通道促进水分子交换，二者协同提升r₁值。
  
• 自供氧PDT：肿瘤微环境中过表达的H₂O₂被催化为O₂，缓解缺氧并增强¹O₂生成，形成“催化-治疗”循环。
  
• 体内外验证：MRI信号定位与治疗效果直接关联，证实纳米平台的诊疗一体化潜力。
  

结论与价值

该研究开发了一种基于简单组分的多功能MOF纳米平台，其科学价值在于：
1. 材料设计创新：首次将Mn−卟啉的MRI对比功能与催化自供氧特性整合于单一MOF结构。
2. 临床意义：克服了传统PDT的缺氧限制和Gd基造影剂的毒性问题，为肿瘤精准诊疗提供新策略。

研究亮点

• 高性能造影剂：PCN-222(Mn)的r₁弛豫率为临床Gd剂的6.5倍。
  
• 协同治疗机制：通过催化肿瘤内源性H₂O₂实现O₂自供给，无需外源氧载体。
  
• 简易合成路径：一步法构建稳定纳米颗粒，优于复杂的催化剂修饰方法。
  

其他价值

研究还发现PCN-222(Mn)在生理环境中稳定性良好（7天水合粒径不变），且主要器官无显著毒性（H&E染色验证），为其转化医学应用奠定基础。