本研究由Nan Leng和Yuzhu Zhou（共同第一作者）以及通讯作者Changchun Wen、Ke-bin Huang和Hong Liang等人完成，研究机构为广西师范大学化学与药学学院（School of Chemistry and Pharmaceutical Sciences, Guangxi Normal University）的药用资源化学与分子工程国家重点实验室及广西民族医药协同创新中心。该研究于2024年9月27日在线发表于期刊 *Biomaterials Advances*（第166卷，文章编号214056），并获得了国家自然科学基金（项目号22064018）的资助。
本研究属于纳米医学与肿瘤治疗领域，旨在构建一种谷胱甘肽（GSH）响应型的金纳米棒（AuNRs）基纳米诊疗试剂，用于近红外二区（NIR-II）光声成像引导下的光热治疗（PTT）与化学动力学治疗（CDT）的协同抗肿瘤应用。研究背景在于：单一光热治疗对肿瘤的杀伤效果有限，而金纳米棒在合成过程中残留的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）会降低其生物相容性。天然多酚单宁酸（TA）与铁离子形成的金属-多酚网络（metal-polyphenol network）具有良好的生物相容性与表面粘附性，且在肿瘤微酸性环境中可降解释放铁离子，进而催化芬顿反应（Fenton reaction）产生高毒性的羟基自由基（•OH）用于化学动力学治疗。此外，金纳米棒在近红外二区具有强吸收，可作为光声成像造影剂和光热转换剂。因此，本研究的目标是设计一种兼具肿瘤靶向性、生物相容性、光热与化学动力学协同治疗能力以及光声成像功能的多功能纳米诊疗平台。
研究的具体工作流程分为多个步骤。首先，通过种子介导法合成金纳米棒，其紫外-可见-近红外吸收峰位于约1080 nm。随后，利用单宁酸置换金纳米棒表面的CTAB，并在碱性条件下加入三氯化铁溶液，使单宁酸与铁离子在金纳米棒表面配位形成单宁酸-铁（TA-Fe）金属-多酚网络，得到AuNRs@TA-Fe。最后，将AuNRs@TA-Fe与巯基叶酸（mercapto folic acid, FA）在室温下搅拌反应，通过Au–S键自组装得到最终产物AuNRs@TFF。叶酸的接枝量通过紫外分光光度法测定，最优比例为10.8%。材料表征方面，利用紫外-可见-近红外光谱证实了TA-Fe网络的形成和叶酸修饰的成功；动态光散射结果显示AuNRs的平均水合粒径约为50 nm，而AuNRs@TFF约为120 nm；Zeta电位由AuNRs的−0.0135 mV变为AuNRs@TFF的−29.8 mV，表明CTAB被成功替换且表面呈负电性。透射电子显微镜图像显示金纳米棒呈棒状，长约50–60 nm，元素映射分析表明铁和硫元素均匀包覆于纳米棒表面，进一步证明了TA-Fe网络和巯基叶酸的成功修饰。光热性能测试中，不同浓度的AuNRs@TFF溶液在1064 nm激光（1 W/cm²）照射下迅速升温，200 μg/mL溶液在5分钟内温度可升至65 °C以上，而纯水温度上升不超过5 °C；光热转换效率计算为38.86%，且经过五个升温-降温循环后光热稳定性良好。化学动力学性能测试采用亚甲基蓝（MB）降解实验评估羟基自由基的产生能力：在pH 6条件下加入GSH后，MB在665 nm处的吸光度显著下降，表明TA-Fe网络在酸性环境中释放Fe³⁺，并在GSH和TA的作用下还原为Fe²⁺，进而催化芬顿反应产生•OH；当GSH浓度过高（10 mM）时，过量的GSH会清除部分•OH，导致降解效果减弱；时间动力学实验显示MB降解在前3小时内较快，随后趋于平台。
体外细胞实验部分包括活性氧（ROS）检测、细胞毒性测试、活/死细胞染色、Hoechst染色以及细胞周期分析。人正常肝细胞7702和小鼠乳腺癌细胞4T1被用作研究对象。DCFH-DA探针检测显示，4T1细胞与AuNRs@TFF孵育6小时后绿色荧光显著增强，表明产生了大量ROS；而7702细胞荧光较弱。MTT实验表明，AuNRs@TFF对7702细胞的暗毒性较低，即使在200 μg/mL浓度下存活率仍保持在75%以上，但对4T1细胞具有明显的浓度依赖性杀伤作用；在1064 nm激光照射3分钟后，50 μg/mL浓度下4T1细胞存活率降至30%以下，而7702细胞存活率无显著变化，说明材料具有良好的肿瘤选择性和光热-化学动力学协同杀伤能力。活/死细胞双染实验结果显示，4T1细胞在AuNRs@TFF加激光照射组出现大量红色荧光（死细胞），而7702细胞在各处理组中均未见明显红色荧光。Hoechst染色实验中，4T1细胞经AuNRs@TFF处理后出现细胞核固缩和亮蓝色荧光，表明发生凋亡；细胞周期实验显示，随着AuNRs@TFF浓度增加，4T1细胞被阻滞在S期和G2/M期的比例逐渐增加。
体内光声成像与协同治疗实验使用4T1荷瘤BALB/c裸鼠模型。在光声成像实验中，AuNRs@TFF在1065 nm处产生强光声信号，且信号强度随浓度线性增加；尾静脉注射AuNRs@TFF后，肿瘤部位出现明显的光声信号增强，离体器官光声成像显示材料主要蓄积于肝脏和脾脏，肿瘤组织中也检测到光声信号，表明材料可通过叶酸靶向和滞留效应到达肿瘤区域。体内光热实验显示，注射AuNRs@TFF的小鼠肿瘤部位在1064 nm激光照射下3分钟内温度迅速升至约60 °C，而注射生理盐水的对照组温度上升不足5 °C。在体内抗肿瘤治疗实验中，荷瘤小鼠被分为四组：生理盐水组、生理盐水加激光照射组、AuNRs@TFF组和AuNRs@TFF加激光照射组。治疗14天后，AuNRs@TFF加激光照射组的肿瘤体积增长被显著抑制，部分小鼠实现肿瘤清除；AuNRs@TFF组也表现出一定的肿瘤抑制效果，而两个生理盐水对照组肿瘤生长迅速。四组小鼠的体重在治疗期间均略有增加且无显著差异，主要脏器指数也无明显组间差异。肿瘤组织切片H&E染色显示，AuNRs@TFF加激光照射组肿瘤细胞排列疏松，部分区域出现组织空隙，表明癌细胞死亡或活力降低；主要器官H&E染色未见明显组织学异常，进一步验证了AuNRs@TFF的体内生物安全性。
本研究的结论是成功构建了一种GSH响应型AuNRs@TFF纳米诊疗试剂，该试剂通过TA-Fe金属-多酚网络和巯基叶酸的表面修饰，实现了良好的生物相容性、肿瘤靶向性以及肿瘤微环境响应性，并在近红外二区光声成像引导下实现了光热治疗和化学动力学治疗的协同抗肿瘤效果。本研究的科学价值在于提供了一种简单有效的基于金纳米棒的协同治疗平台构建策略，拓展了金纳米棒在纳米医学领域的应用，并为开发集诊断与治疗于一体的多功能纳米诊疗试剂提供了新的设计思路。
本研究的亮点包括：第一，利用天然多酚单宁酸与铁离子形成的金属-多酚网络对金纳米棒进行表面修饰，有效解决了CTAB残留导致的生物相容性问题，同时引入了化学动力学治疗功能；第二，通过巯基叶酸修饰赋予纳米材料主动靶向肿瘤细胞的能力，提高了肿瘤区域的药物富集和治疗选择性；第三，AuNRs@TFF在近红外二区（约1064 nm）具有强吸收，实现了深部组织的光声成像引导和高效光热转换，光热转换效率达38.86%；第四，体内外实验均证实了光热与化学动力学协同治疗对肿瘤的显著抑制效果以及对正常组织的良好安全性。此外，GSH响应性降解机制使得铁离子的释放和芬顿反应的发生主要集中在肿瘤微环境中，进一步增强了治疗的时空可控性和选择性。