本研究由Yang Xuan、Zhou Su、Meng Guan等作者合作完成，分别来自大连民族大学生命科学学院生物技术与资源利用教育部重点实验室、绵阳市肿瘤科、华中科技大学生命科学与技术学院Britton Chance生物医学光子学中心等机构。研究成果于2025年2月发表在《ACS Applied Nano Materials》期刊，题为《Lipoic Acid Capped Ag2S Quantum Dots for Mitochondria-Targeted NIR-II Fluorescence/Photoacoustic Imaging and Chemotherapy/Photothermal Treatment of Tumors》。

学术背景

该研究属于纳米医学与肿瘤治疗交叉领域。线粒体作为细胞能量工厂，同时参与细胞分化、信号传递、活性氧（ROS）生成、凋亡及钙稳态调节，是癌症治疗的潜在靶点。然而，线粒体双层膜结构和负电位导致药物递送困难。传统靶向策略（如疏水性阳离子、靶向肽段）存在合成复杂或细胞毒性等问题。硫辛酸（LA）作为线粒体代谢相关酶的辅因子，具有天然靶向性。硫化银量子点（Ag2S QDs）凭借近红外二区（NIR-II）荧光/光声双模态成像能力和光热效应，成为诊疗一体化平台。本研究旨在开发一种基于LA修饰的Ag2S QDs，实现线粒体靶向的化疗-光热协同治疗。

研究流程与方法

1. Ag2S QDs的合成与表征

• 合成方法：通过α-硫辛酸还原为二氢硫辛酸（DHLA），与AgNO3和Na2S一步法水相合成Ag2S QDs，再通过吸附阿霉素（DOX）构建Ag2S-DOX纳米探针。
• 表征技术：
  • 形貌分析：透射电镜（TEM）显示量子点平均粒径5.85 nm，高分辨TEM确认晶面间距0.283 nm，对应单斜晶系Ag2S的[-112]晶面。
  • 表面修饰验证：X射线光电子能谱（XPS）证实Ag⁺和S²⁻价态，红外光谱显示羧酸特征峰（2930 cm⁻¹），证明LA成功修饰。
  • 光学性能：紫外-可见吸收光谱和荧光光谱显示Ag2S QDs在1120 nm处有NIR-II荧光发射（808 nm激发），光声信号强度与浓度正相关（0-0.4 mg/mL）。

2. 功能验证实验

• 光热性能：在808 nm激光（1.5 W/cm²）照射下，1 mg/mL Ag2S QDs溶液温度升至61.4°C，光热转换效率达48.94%。经5次循环照射仍保持稳定。
• 药物负载与释放：通过π-π共轭吸附DOX，载药量为5.6%。酸性环境（pH 5.4）和激光照射可协同促进DOX释放（72小时累计释放59.03% vs pH 7.4的12.16%）。
• 线粒体靶向性：共聚焦显微镜显示FITC-DHLA与线粒体染料（Mito-Tracker Red）荧光重叠，TEM超薄切片证实Ag2S QDs在线粒体内富集。

3. 体外实验

• 细胞毒性：CCK-8实验表明，500 μg/mL Ag2S QDs对A549、MCF-7等癌细胞存活率>85%，溶血率%。
• 双模态成像：A549细胞孵育Ag2S QDs后，NIR-II荧光和光声信号随孵育时间（2-12小时）增强。
• 联合治疗：Calcein AM/PI染色显示，Ag2S-DOX联合激光照射组细胞死亡率显著高于单一治疗组（p<0.001）。JC-1染色证实光热效应降低线粒体膜电位（MMP）。

4. 体内实验

• 成像与药代动力学：荷瘤小鼠尾静脉注射Ag2S QDs后12小时，肿瘤部位NIR-II荧光和光声信号达到峰值，24小时后代谢。血液半衰期0.47小时。
• 治疗效果：Ag2S-DOX联合激光组肿瘤抑制率最高，14天后复发率仅25%（单一光热组为50%）。H&E和TUNEL染色显示显著肿瘤组织坏死。
• 安全性：血常规、肝肾功能指标7天内恢复正常，主要器官未见病理损伤。

主要结果与逻辑关系

1. 合成验证：TEM和XPS数据证实成功制备LA修饰的Ag2S QDs，其NIR-II荧光和光声特性为后续成像奠定基础。
2. 功能验证：光热性能数据支持其作为治疗剂的可能性，而pH/激光双重控释DOX的特性为协同治疗提供依据。
3. 靶向机制：共聚焦和TEM结果证明LA介导线粒体靶向，JC-1实验表明光热作用直接损伤线粒体功能。
4. 治疗效果：体内外实验形成闭环——体外证明细胞摄取和杀伤效率，体内验证肿瘤靶向性和治疗安全性。

结论与价值

该研究开发了一种新型线粒体靶向纳米诊疗平台，其科学价值在于： 1. 方法创新：首次利用LA的天然靶向性简化Ag2S QDs修饰流程，避免传统靶向策略的毒性问题。 2. 治疗突破：通过化疗-光热协同作用克服肿瘤耐药性，MMP破坏机制为线粒体靶向治疗提供新视角。 3. 应用潜力：NIR-II成像深度（~1 cm）和光声成像高分辨率结合，适用于深部肿瘤的精准诊疗。

研究亮点

1. 一体化设计：LA同时作为配体和靶向分子，实现”合成-靶向-治疗”三位一体。
2. 双重控释：酸性微环境和光热效应协同触发DOX释放，增强肿瘤特异性。
3. 多模态验证：从分子（XPS）、细胞（共聚焦）、组织（H&E）到活体（光声成像）多层次证实疗效。

其他价值

该研究为其他亚细胞器靶向纳米载体设计提供参考，例如通过类似策略靶向溶酶体或细胞核。支持数据已通过《ACS Applied Nano Materials》的Data Availability Statement公开。