北測圖南研究院在阿爾茨海默癥診治領域取得新的進展。近期，北測圖南研究院與徐州醫科大學合作，報道了一種基于沸石咪唑酯骨架-8 (ZIF-8)、靶向AβO的“核-殼”型“傳感與治療”一體化的CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA多功能納米復合物。相關成果以 “Multifunctional Metal–Organic Framework as A Versatile Nanoplatform for Aβ Oligomer Imaging and Chemo-Photothermal Treatment in Living Cells”為題發表在國際化學權威雜志Analytical Chemistry（DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02459），北測圖南研究院周信光博士和徐州醫科大學于妍妍教授為本文的通訊作者。

阿爾茨海默癥（AD）是一種以認知能力下降為主要特征的神經退行性疾病。研究認為，該疾病開始于癥狀發作前20年或更早時間，最終表現為記憶力減退和語言功能障礙等。β-淀粉樣蛋白寡聚體（AβO）和原纖維被廣泛認為是AD的關鍵致病因素。特別是可溶性的AβO，會嚴重干擾正常細胞的突觸功能，并對AD導致的記憶力減退和認知功能障礙起到重要的推進作用。此外，AβO在大腦中的累積，能夠誘導機體產生過量的活性氧產物（ROS），而ROS被認為是推進AD進一步發展的另一個重要因素。ROS的過度累積，會導致線粒體功能障礙，降低其抗氧化防御能力，并影響細胞代謝，從而直接改變大腦的神經傳遞和突觸可塑性，最終導致認知障礙。此外，在患者表現出AD的某些癥狀之前，AβO就已經開始發揮其致病作用，因而與Aβ原纖維相比，AβO可能是更加準確預測AD進展的潛在生物標志物。

研究的主要內容介紹：

圖示例：

CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA 的制備及其在 AβO 傳感和治療中的應用示意圖

（來源：Analytical Chemistry）

本工作中使用具有熒光淬滅效應以及近紅外（NIR）強吸收特性的聚多巴胺（PDA）作為ZIF-8的生物粘附性交聯劑，制備了ZIF-8/PDA納米復合材料。通過“一鍋法”將具有神經保護作用的藥物白藜蘆醇（Res）、ROS清除劑Ceria納米粒子（CeONP）和熱敏劑PCM（十四烷醇），同時包封到ZIF-8/PDA的孔隙中，制得實驗所需的CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA探針。如示意圖所示，一方面，在CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA表面連接上Texas red標記的AβO適配體（Apt），利用適配體對AβO的特異性識別以及PDA對Texas red的熒光猝滅，實現對AβO的光學檢測和細胞內成像。另一方面，可通過 NIR 光照，觸發PCM開關控制 Res的釋放，并聯合PDA、CeONP實現對AD的光熱和化學治療。

本研究首先對CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt探針對AβO的特異性、靈敏度進行了考察。在AβO濃度為10 nM至10 μM時，其濃度與熒光增強值之間呈良好的線性關系，線性回歸方程為（F–F0)/F0 = 0.0925+0.3102CAβO (μM) (R2 = 0.9963), 在信噪比≥3的情況下，探針對AβO的LOD為3.2 nM。細胞內熒光成像表明，在細胞內AβO濃度為1～8 μM時，探針的熒光強度依次增強，且最佳孵育時間為4 h。當Zn2+細胞外刺激后（誘導Aβ從單體向寡聚體轉變），細胞內熒光強度增強，這些結果證明了CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt納米復合材料能夠實現細胞內AβO成像。

【圖一 】探針的可行性、選擇性、檢測范圍及線性結果

我們接著通過NIR（808 nm, 1.8 W cm-2）照射5 min，評估CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt探針的光熱轉換能力。如圖三所示，CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt的光熱性能高度依賴于照射時間和探針濃度。隨著探針濃度從20 μg/mL增加至100 μg/mL，以及照射時間從1 min延長至5 min，探針表面的溫度也逐漸增高，并具有良好的熱穩定性和可重現性。我們計算了Res在探針中的負載量約為27.5％。Res釋放曲線表明，Res能夠通過NIR照射，實現從CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt中的可控釋放，進而發揮其化學治療效果。體外水平治療結果表明，探針中的不同組成成分，對超氧陰離子、H2O2等多種ROS活性分子有清除作用。

【圖三 】探針的光熱性能以及Res的可控釋放圖

我們針對Aβ自聚集的現象，考察了該探針在抑制Aβ聚集以及解離原纖維方面的療效。ThT和TEM結果表明（圖四），探針既能夠抑制Aβ單體聚集，又能解聚Aβ原纖維，并且在光熱照射下，該性能能夠得到增強。細胞內治療結果表明，該探針能夠在細胞水平，有效抑制Aβ單體聚集，清除AβO誘導的細胞內過量ROS，并且探針的光熱性能，能夠增強其治療效果（圖五）。此外，JC-1、TUNEL以及Calcium-AM/PI染色結果均表明，該探針可以有效地保護神經細胞免于Aβ誘導產生的凋亡。

【圖四】探針抑制Aβ聚集以及解聚Aβ原纖維的考察

本文所構建的“核-殼”CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt納米材料，能夠通過熒光共振能量轉移，實現對AβO的熒光檢測，且特異性強、靈敏度高，能夠在細胞水平檢測AβO并監測AβO病理進展。另一方面，該探針具有良好的光熱轉換性能，并具有高載藥率，能夠實現NIR可控的Res釋放。體外與細胞水平實驗表明，該探針在ROS清除、抑制Aβ單體聚集、解聚Aβ纖維方面顯示出了優異的治療效果，并且能夠有效地保護神經細胞免于Aβ誘導產生的凋亡，并在NIR刺激下，材料的光熱性能能夠進一步增強治療效果。