背景介绍
脑肿瘤是最常见的破坏性脑相关疾病，严重危害人类健康，因为它们侵袭性地生长在中枢神经系统，并在数月内引起明显的神经症状。然而，大多数脑肿瘤，尤其是胶质母细胞瘤（GBM）可渗入到正常脑组织，使手术中几乎无法区分肿瘤边缘。更困难的是，由内皮细胞在中枢神经系统(CNS)和外周血循环之间的紧密连接(TJs)形成的血脑屏障(BBB)对各种大分子/纳米颗粒(造影剂或治疗药物)进入大脑构成了巨大的障碍。TJ是一种拉链状的高度动态结构，在生理和病理条件下会发生变化（破裂或重组），这为通过使用TJ调节器改善BBB的药物传递提供了可逆性打开膜屏障的机会。血脑屏障的传递策略已被开发出来，包括受体介导的转运作用(RMT)、载体介导的转运作用(CMT)、吸附介导转运(AMT)、细胞介导转运和BBB干扰增强转运。然而，开发更智能、更安全、具有TJs调节功能的多功能纳米平台，用于BBB跨颅成像和治疗是非常需要的。
最近，唐本忠院士和深圳先进技术研究院蔡林涛教授、张鹏飞副研究员、龚萍教授在《ACS Nano》上发表了题为“Natural-Killer Cell-Inspired Nanorobots with Aggregation-Induced Emission Characteristics for Near-Infrared-II Fluorescence-Guided GliomasTheranostics”的文章，他们受电影《终结者》的启发，开发了具有聚集诱导发射（AIE）特性的仿自然杀伤细胞的纳米机器人(NK@AIE dots)，通过在内骨架一种高亮度的NIR-II型AIE活性共轭聚合物（PBPTV）上包覆自然杀伤细胞膜得到。由于PBPTV的AIE和软质特性， NK@AIEdots保持了较高的NIR-II亮度（在水中量子产率为7.9%）和良好的生物相容性。此外，它们还可以作为TJ调节剂，触发细胞内信号级联，导致TJs断裂和肌动蛋白细胞骨架重组，形成细胞间“绿色通道”，帮助自身安静地穿越BBB。此外，它们可以主动聚集到复杂脑基质中的胶质母细胞瘤细胞，以获得高对比度的跨颅肿瘤成像。NK@AIEdots在近红外光照下对肿瘤生长也有很大的抑制作用。仿自然杀伤细胞纳米机器人在穿越BBB主动传递方面显示出巨大的潜力。
图1 展示仿自然杀伤细胞AIE纳米颗粒(NK@AIE dots)的制备和组装过程和 NK@AIEdots 的“智能”紧密连接(TJs)调控的血脑屏障(BBB)穿透对脑瘤靶向发光和抑制。首先，以双吡啶基[2,1,3]噻二唑（BPT）作为受体，烷基取代（E）-2-（2-（噻吩-2-基）乙烯基）-噻吩（TVT）单元为供体，制备了NIR-II-AIE活性共轭聚合物PBPTV。在808nm激光照射下， PBPTV粉末发出非常明亮的NIR-II荧光。PBPTV在二氯甲烷（CH2Cl2）中具有从400 nm到900nm的广泛吸收。PBPTV具有AIE特性。以IR-26染料为参比物，在808nm激发下测定了PBPTV的量子产率（QY）为8.6%（在二氯甲烷中），比先前报道的NIR-II发光共轭聚合物亮4倍。图2 PBPTV的光学特性。（A） PBPTV的分子结构。插图显示固体PBPTV的亮场和NIR-II荧光图像。（B） 在B3LYP6-31G（d）水平上用DFT计算PBPTV的分子构型和HOMO/LUMO轨道。图中还显示了相应的能级。（C） 二氯甲烷的紫外吸收光谱。（D）PBPTV在不同正己烷组分（fh）的二氯甲烷/正己烷混合物中的光致发光（PL）光谱。（E）二氯甲烷/己烷混合物的己烷组分（fh）与PBPTV的PL强度图。NK@AIEdots通过仿生病毒芽接法将来自自然杀伤细胞（NK）的细胞膜包被到PBPTV纳米聚集体内骨架（AIEdots）上。NK@AIE dots在300-900nm范围内有很宽的吸收，最大吸收波长在700nm附近。量子产率为7.9%（在水中）。NK膜的复杂性能够得到很好的保留，使NK@AIE dots保留了原始自然杀伤细胞的活性。图3 制备和表征NK@AIE dots。NK@AIE dots在水里的（A）吸收光谱和（B）PL光谱。插图显示了NK@AIEdots在水分散液中亮场照片和近红外-Ⅱ荧光图像。（C）NK@AIE dots的DLS测量结果和TEM图像。（D） SDS-PAGE电泳测定的NK@AIEdots蛋白质谱。以自然杀伤细胞膜和AIE dots为对照。 NK@AIEdots可诱导TJ松紧度降低和BBB通透性的变化形成“绿色通道”，帮助NK@AIEdots自己安全地通过BBB。图4 NK@AIE dots穿越血脑屏障。（A）自然杀伤细胞（NK）穿透血脑屏障（BBB）的方案和原理。（B） NK@AIE dots免疫印迹结果以证明VLA-4和LFA-1的存在。以自然杀伤细胞、自然杀伤细胞膜和AIE dots为对照。（C）NK@AIE dots的体外穿越BBB效率，与AIE dots和受阻的NK@AIE dots相比。在用NK@AIE dots处理后用免疫荧光染色法检测bEnd.3细胞（D）肌动蛋白应激纤维（ASF）和（E）TJ相关蛋白ZO-1。图5 NK@AIE dots的脑肿瘤靶向性。（A）自然杀伤细胞肿瘤靶向方案。（B）NK@AIE dots 免疫印迹结果证明DNAM-1和NKG2D的存在。（C）与NK@AIEdots孵育的U-87MG胶质瘤细胞的NIR-II共聚焦图像。（D）NIR-II流式细胞仪分析NK@AIE dots对U-87mg细胞靶向性的结果。（E） 在注射后不同时间点用AIEdots (PBPTV)和NK@AIEdots (PBPTV)在808 nm (45 mW/cm2)光照下通过完整头皮和颅骨的无创NIRII荧光成像结果。（F）808nm光照（45mw/cm2）下离体小鼠无头皮和颅骨的NIR-II荧光成像结果。自然杀伤细胞的肿瘤识别能力与其固有的膜蛋白（NKG2D和DNAM-1）密切相关。NKG2D和DNAM-1都在NK@AIE dots中，这表明了它们潜在的肿瘤靶向能力。U-87MG胶质瘤细胞经NK@AIE dots与AIE dots处理的细胞相比，荧光强度很高。用NK@AIE dots培养的比用AIEdots高75倍。图6 NK@AIE dots的脑肿瘤靶向性。（A）自然杀伤细胞肿瘤靶向方案。（B）NK@AIE dots 免疫印迹结果证明DNAM-1和NKG2D的存在。（C）与NK@AIEdots孵育的U-87MG胶质瘤细胞的NIR-II共聚焦图像。（D）NIR-II流式细胞仪分析NK@AIE dots对U-87mg细胞靶向性的结果。（E） 在注射后不同时间点用AIEdots (PBPTV)和NK@AIEdots (PBPTV)在808 nm (45 mW/cm2)光照下通过完整头皮和颅骨的无创NIRII荧光成像结果。（F）808nm光照（45mw/cm2）下离体小鼠无头皮和颅骨的NIR-II荧光成像结果。用带原位胶质母细胞瘤U-87MG的裸鼠进行体内近红外荧光成像。连续监测分别静脉注射NK@ AIEdots和AIEdots的两只小鼠的荧光信号。注射后24小时，除肝脏和脾脏外，NK @ AIEdots和AIEdots均在主要器官中快速代谢。NK @ AIEdots组中的神经胶质瘤具有NIR-II荧光信号，而AIEdots组则没有，这表明NK @ AIEdots由于NK细胞的靶向肿瘤和穿透血脑屏障（BBB）能力而表现出更高的肿瘤蓄积性。图7 NK@AIE dots胶质瘤体内光热疗法。（A）NK@AIE dots通过颅骨抑制脑肿瘤生长全过程示意图。（B）原位胶质瘤光热治疗后不同时间的典型活体生物发光图像。（C） 肿瘤部位不同时间点生物发光信号的定量分析。（D） 各组小鼠体重。由于PBPTV的固有强近红外吸收能力， NK@AIE dots也可以作为脑肿瘤治疗的光热剂。光热转换效率NK@AIE dots为45.3%。分别使用静脉注射纳米粒或PBS的原位异种胶质瘤模型进一步评估了体内胶质瘤靶向光热治疗的疗效。在注射后24小时，注射NK@AIE dots的小鼠在808nm激光照射下，温度有所提高。然而，对于对照组，大脑的温度似乎没有明显的升高。NK@AIE dots激光治疗的小鼠体重下降明显小于其他治疗组，表明小鼠能够耐受这种治疗。此外，血液化学和H&E染色结果显示无明显的器官损伤。综上所述，作者开发了一种具有高NIR-II荧光亮度（QY: 水中~7.9%）的仿自然杀伤细胞AIEdots。在制备的仿生AIE纳米机器人中，移植了自然杀伤细胞的功能，能够以“自助”的方式高效地跨越BBB进行脑肿瘤靶向。由于PBPTV具有很高的NIR-II发射特性，因此在活体头颅成像中，可以高对比度（T/NT比~60）地识别出脑肿瘤，并能有效地抑制肿瘤的生长。仿自然杀伤细胞纳米机器人为脑相关疾病的治疗提供了高效的穿透BBB给药工具。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03824
