北测图南研究院在阿尔茨海默症诊治领域取得新的进展。近期，北测图南研究院与徐州医科大学合作，报道了一种基于沸石咪唑酯骨架-8 (ZIF-8)、靶向AβO的“核-壳”型“传感与治疗”一体化的CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA多功能纳米复合物。相关成果以 “Multifunctional Metal–Organic Framework as A Versatile Nanoplatform for Aβ Oligomer Imaging and Chemo-Photothermal Treatment in Living Cells”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry（DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02459），北测图南研究院周信光博士和徐州医科大学于妍妍教授为本文的通讯作者。

阿尔茨海默症（AD）是一种以认知能力下降为主要特征的神经退行性疾病。研究认为，该疾病开始于症状发作前20年或更早时间，最终表现为记忆力减退和语言功能障碍等。β-淀粉样蛋白寡聚体（AβO）和原纤维被广泛认为是AD的关键致病因素。特别是可溶性的AβO，会严重干扰正常细胞的突触功能，并对AD导致的记忆力减退和认知功能障碍起到重要的推进作用。此外，AβO在大脑中的累积，能够诱导机体产生过量的活性氧产物（ROS），而ROS被认为是推进AD进一步发展的另一个重要因素。ROS的过度累积，会导致线粒体功能障碍，降低其抗氧化防御能力，并影响细胞代谢，从而直接改变大脑的神经传递和突触可塑性，最终导致认知障碍。此外，在患者表现出AD的某些症状之前，AβO就已经开始发挥其致病作用，因而与Aβ原纤维相比，AβO可能是更加准确预测AD进展的潜在生物标志物。

研究的主要内容介绍：

图示例：

CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA 的制备及其在 AβO 传感和治疗中的应用示意图

（来源：Analytical Chemistry）

本工作中使用具有荧光淬灭效应以及近红外（NIR）强吸收特性的聚多巴胺（PDA）作为ZIF-8的生物粘附性交联剂，制备了ZIF-8/PDA纳米复合材料。通过“一锅法”将具有神经保护作用的药物白藜芦醇（Res）、ROS清除剂Ceria纳米粒子（CeONP）和热敏剂PCM（十四烷醇），同时包封到ZIF-8/PDA的孔隙中，制得实验所需的CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA探针。如示意图所示，一方面，在CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA表面连接上Texas red标记的AβO适配体（Apt），利用适配体对AβO的特异性识别以及PDA对Texas red的荧光猝灭，实现对AβO的光学检测和细胞内成像。另一方面，可通过 NIR 光照，触发PCM开关控制 Res的释放，并联合PDA、CeONP实现对AD的光热和化学治疗。

本研究首先对CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt探针对AβO的特异性、灵敏度进行了考察。在AβO浓度为10 nM至10 μM时，其浓度与荧光增强值之间呈良好的线性关系，线性回归方程为（F–F0)/F0 = 0.0925+0.3102CAβO (μM) (R2 = 0.9963), 在信噪比≥3的情况下，探针对AβO的LOD为3.2 nM。细胞内荧光成像表明，在细胞内AβO浓度为1～8 μM时，探针的荧光强度依次增强，且最佳孵育时间为4 h。当Zn2+细胞外刺激后（诱导Aβ从单体向寡聚体转变），细胞内荧光强度增强，这些结果证明了CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt纳米复合材料能够实现细胞内AβO成像。

【图一 】探针的可行性、选择性、检测范围及线性结果

我们接着通过NIR（808 nm, 1.8 W cm-2）照射5 min，评估CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt探针的光热转换能力。如图三所示，CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt的光热性能高度依赖于照射时间和探针浓度。随着探针浓度从20 µg/mL增加至100 µg/mL，以及照射时间从1 min延长至5 min，探针表面的温度也逐渐增高，并具有良好的热稳定性和可重现性。我们计算了Res在探针中的负载量约为27.5％。Res释放曲线表明，Res能够通过NIR照射，实现从CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt中的可控释放，进而发挥其化学治疗效果。体外水平治疗结果表明，探针中的不同组成成分，对超氧阴离子、H2O2等多种ROS活性分子有清除作用。

【图三 】探针的光热性能以及Res的可控释放图

我们针对Aβ自聚集的现象，考察了该探针在抑制Aβ聚集以及解离原纤维方面的疗效。ThT和TEM结果表明（图四），探针既能够抑制Aβ单体聚集，又能解聚Aβ原纤维，并且在光热照射下，该性能能够得到增强。细胞内治疗结果表明，该探针能够在细胞水平，有效抑制Aβ单体聚集，清除AβO诱导的细胞内过量ROS，并且探针的光热性能，能够增强其治疗效果（图五）。此外，JC-1、TUNEL以及Calcium-AM/PI染色结果均表明，该探针可以有效地保护神经细胞免于Aβ诱导产生的凋亡。

【图四】探针抑制Aβ聚集以及解聚Aβ原纤维的考察

本文所构建的“核-壳”CeONP-Res-PCM@ZIF-8/PDA/Apt纳米材料，能够通过荧光共振能量转移，实现对AβO的荧光检测，且特异性强、灵敏度高，能够在细胞水平检测AβO并监测AβO病理进展。另一方面，该探针具有良好的光热转换性能，并具有高载药率，能够实现NIR可控的Res释放。体外与细胞水平实验表明，该探针在ROS清除、抑制Aβ单体聚集、解聚Aβ纤维方面显示出了优异的治疗效果，并且能够有效地保护神经细胞免于Aβ诱导产生的凋亡，并在NIR刺激下，材料的光热性能能够进一步增强治疗效果。