唐本忠院士等：AIE-MXene 水凝胶助力脉络膜黑色素瘤治疗

Aggregation-Induced-Emission Luminogens Functionalized MXene Nanosheets for Stimuli-Responsive Hydrogel in Pyroptosis-Mediated Choroidal Melanoma Therapy

Yingni Xu, Fei Wang, Wenfang Liu, Ruibin Lin, Cheng Liu, Qi Zhao, Guokang He, Guiping Yuan, Weidong Yin, Fei Yu, Jianwei Sun, Ryan T. K. Kwok*, Jacky W. Y. Lam, Li Ren*, Xuan Zhao*, Jin Yuan*, Ben Zhong Tang*

Nano-Micro Letters (2026)18: 282

https://doi.org/10.1007/s40820-026-02077-z

本文亮点

1. 报道了一种将聚集诱导发光材料与MXene纳米片结合、用于脉络膜黑色素瘤治疗的细胞焦亡介导温和光热治疗(mPTT)/光动力治疗(PDT)策略。

2. 该纳米片实现了近红外荧光成像(FLI)与光热成像(PTI)双模态成像引导的mPTT/PDT协同治疗；Agar/PSBMA杂化水凝胶则可使纳米片在72 h内受控释放，实现“一次注射、多次治疗”的精准诊疗。

3. 该纳米平台为脉络膜黑色素瘤的影像诊断与治疗提供了临床前研究思路。

研究背景

脉络膜黑色素瘤是成人最常见的眼内恶性肿瘤之一，约占全部黑色素瘤病例的5%。尽管包括化疗和放疗在内的多模式治疗策略能够控制局部肿瘤，但近50%的脉络膜黑色素瘤患者会发生肝转移，导致疾病进展及治疗延误。目前的临床干预手段包括光动力治疗(PDT)、放疗、眼球摘除术及其联合应用，但这些治疗均存在明显局限。例如，PDT通常仅在疾病早期有效，此后的疗效有限；放疗往往存在剂量分布不均的问题，并可能引发放射性眼部并发症。眼球摘除术仍是较大脉络膜黑色素瘤的常规治疗方式，但这一损容性手术可能给患者带来严重的生理与心理影响，且伴有较高的复发率。脉络膜黑色素瘤临床诊疗面临的重要障碍还包括缺乏灵敏、无创的肿瘤检测成像手段，以及血–眼屏障对治疗药物在靶区富集的阻碍，后者对传统化疗尤为突出。这些挑战共同表明，亟需开发兼具精准药物递送、协同治疗效应和实时成像能力的多功能诊疗策略，以实现对脉络膜黑色素瘤的有效控制。

内容简介

脉络膜黑色素瘤是一种常见的眼内恶性肿瘤，其高死亡率及肝转移与缺乏灵敏、有效的治疗方式有关。针对脉络膜黑色素瘤的影像诊断与治疗困境，香港科技大学郭子健研究副教授、华南理工大学材料科学与工程学院任力教授、首都医科大学附属北京同仁医院赵轩副研究员和袁进教授，以及香港中文大学(深圳)与香港科技大学唐本忠院士等合作，将聚集诱导发光光敏剂与二维MXene纳米片整合，构建了一种新型纳米平台MX@PEG-MeoTTPy。该平台同时具备优异的生物相容性、高效的I型活性氧生成能力、高质量荧光生物成像、温和近红外光热性能及良好的细胞摄取等多种特性和功能。研究人员进一步设计了包封该纳米片的温敏性复合水凝胶，通过近红外照射与肿瘤微环境诱导的凝胶–溶胶转变，实现72 h内的受控持续释放。该纳米平台利用温和光热治疗与光动力治疗的协同作用，通过细胞焦亡介导的细胞死亡实现精准、持续的肿瘤消融。体外和体内研究均验证了该纳米系统作为双模态成像引导协同治疗诊疗剂的有效性，为眼内肿瘤提供了多功能治疗策略，并展现出用于脉络膜黑色素瘤临床治疗的应用潜力。

图文导读

I 从功能纳米片到响应性水凝胶的整体设计

研究以纳米片功能整合与局部控释为两条相互衔接的设计主线。示意图1a展示了Nb₂AlC经刻蚀、超声剥离获得少层MXene，再结合PEG-MeoTTPy的制备过程；具有聚集诱导发光特性的光敏剂通过静电作用引入片层表面，使MXene同时具备荧光示踪和光动力功能。随后，纳米片被包封于琼脂/聚甲基丙烯酸磺基甜菜碱(Agar/PSBMA)水凝胶中。示意图1b将近红外产热、离子环境响应与凝胶网络松解联系起来，说明局部光照如何调节纳米片释放。

释放后的纳米片进入肿瘤细胞并富集于溶酶体；按论文提出的机制，部分PEG-MeoTTPy在酸性环境中与MXene解离，随后逃逸出溶酶体并定位于线粒体。示意图1c进一步呈现研究提出的作用机制：光动力产生的活性氧与温和光热效应共同促进焦亡相关信号激活，诱导GSDMD裂解及膜孔形成，并伴随炎症因子释放。由材料构筑、刺激响应递送到细胞死亡调控，整个平台服务于眼内肿瘤的成像引导协同治疗。

示意图1. 刺激响应纳米片杂化水凝胶介导的脉络膜黑色素瘤协同光治疗。(a)纳米片合成；(b)水凝胶响应性释放；(c)细胞焦亡介导的治疗机制。

II 表面功能化兼顾纳米片分散与荧光成像

图1从表面电荷、形貌和化学组成验证MX@PEG-MeoTTPy的构筑。图1a中Zeta电位随复合而变化，为带正电光敏剂与MXene之间的静电结合提供证据；图1b的透射电镜及悬液丁达尔效应、图1c的粒径分布共同说明材料形成了可分散的纳米片体系。图1d的扫描电镜–能谱分析进一步追踪片层形貌和元素分布，将形貌证据与组分证据相互关联。

在此基础上，图1e的拉曼光谱以及图1f的XPS全谱、图1g的C 1s谱和图1h的N 1s谱，从振动与化学态层面支持表面功能化。图1i的紫外–可见–近红外吸收谱连同三种样品的实物照片显示，复合体系整合了MXene与光敏剂的光学特性；图1j的荧光光谱则表明复合后仍保有荧光发射，为后续成像与治疗功能的协同提供基础。

图1. MX@PEG-MeoTTPy纳米片的制备表征。(a)Zeta电位；(b)TEM及丁达尔效应；(c)粒径分布；(d)SEM–EDS；(e)拉曼光谱；(f)XPS全谱；(g)C 1s谱；(h)N 1s谱；(i)吸收光谱及实物照片；(j)荧光光谱。

III 近红外产热与I型活性氧生成形成双重光响应

图2a的升温曲线显示，纳米片在808 nm近红外照射下表现出浓度依赖的光热响应，温度可通过浓度及照射条件进行调节；图2b中连续五次开关光循环的升温行为基本保持一致，说明其具有良好的光热稳定性。与近红外产热相配合，白光承担激活光敏剂、生成活性氧的作用。图2c中通用活性氧探针的荧光随照射时间显著增强，复合纳米片的响应高于对照光敏剂Ce6，而裸MXene未显示相应的活性氧生成能力。

活性氧类型的判定由多种互补方法完成：图2d的DHR123和图2e的HPF探针响应分别支持超氧阴离子自由基(•O₂⁻)与羟基自由基(•OH)的生成，图2f中ABDA吸收基本不变，提示单线态氧(¹O₂)并非主要产物。图2g的电子顺磁共振结果进一步验证以I型自由基途径为主的光敏反应。图2h将这一能力推进至细胞内：经纳米片孵育并接受双光照射的MUM-2B细胞出现明显探针荧光，说明该体系可在细胞环境中有效产生活性氧。

图2. 光热性能与活性氧生成。(a)不同浓度下升温曲线；(b)五次光热循环；(c)通用ROS探针；(d)超氧阴离子探针；(e)羟基自由基探针；(f)ABDA检测；(g)EPR分析；(h)细胞内ROS成像。

IV 肿瘤细胞优先摄取与细胞器递送促进协同杀伤

图3a比较了不同浓度、光照方式及氧环境下的MUM-2B细胞存活率。双光照射的杀伤效果优于单独光热或光动力处理，且在模拟乏氧条件下仍保持较好的效应；相应组合指数为0.87，支持两种治疗之间存在协同作用。图3b进一步将肿瘤细胞与正常C2C12细胞进行比较，显示在相同处理条件下，正常细胞的存活率较高。

这种差异与细胞摄取和胞内定位相关。按照图3c的共培养设计，预先用钙黄绿素AM标记MUM-2B细胞，再与C2C12细胞共同孵育纳米片；图3d的共聚焦图像与图3e的荧光定量显示，肿瘤细胞中的纳米片荧光明显强于正常细胞。图3f进一步通过2、4、6 h的细胞器共定位序列揭示递送路径：早期信号主要与溶酶体重合，随后与线粒体的共定位增强。这一荧光信号的时间演变支持光敏组分的溶酶体逃逸及线粒体定位。按论文提出的机制，进入线粒体的是解离后的PEG-MeoTTPy光敏组分；其与溶酶体内残留的纳米片共同参与双细胞器光治疗。

图3. 纳米片的细胞内行为。(a)常氧及乏氧条件下细胞存活率；(b)肿瘤与正常细胞毒性比较；(c)共培养区分方案；(d)共培养成像；(e)荧光定量；(f)溶酶体和线粒体的时间依赖性共定位。

V 从形态变化到分子标志物验证细胞焦亡

为解释双光协同杀伤的细胞死亡方式，图4a首先给出了细胞超微结构证据：处理后的细胞出现肿胀、胞质空泡及膜孔等焦亡相关形态。图4b的差异基因火山图显示，相比暗条件对照，双光处理后有154个基因上调、106个基因下调；图4c的KEGG富集分析将变化指向包括NOD样受体信号通路在内的细胞死亡相关过程。图4d进一步展示该通路组分的表达变化，将整体转录组响应与焦亡机制联系起来。

随后，图4e的qPCR结果显示GSDMD、CASP1、NLRP3及IL-18等焦亡相关基因表达升高。图4f检测到IL-18和IL-1β释放增加，图4g显示乳酸脱氢酶(LDH)释放增强，与细胞膜完整性受损相一致。图4h的蛋白质印迹分析进一步观察到焦亡相关蛋白变化及GSDMD裂解，双光处理组GSDMD-N片段增加尤为明显。这些结果共同支持光动力产生的活性氧激活焦亡过程，而光热作用进一步增强该过程。

图4. 细胞焦亡机制研究。(a)TEM与焦亡形态；(b)差异表达基因火山图；(c)KEGG富集；(d)NOD样受体通路表达；(e)qPCR；(f)IL-18与IL-1β；(g)LDH释放；(h)焦亡相关蛋白分析。

VI 响应性凝胶将短时光照转化为可控局部释放

图5a概括了Agar/PSBMA负载纳米片形成GNSs后对热刺激和离子环境的响应。图5b展示不同温度下的凝胶状态，图5c比较其在水与饱和NaCl溶液中放置48 h后的形态，说明温度和离子作用能够改变网络稳定性。图5d的扫描电镜显示有利于容纳纳米片的多孔结构；这种网络既承担局部储库作用，也为外部刺激调节释放提供条件。

图5e中五次近红外开关光循环保持稳定的光热响应，图5f则显示照射可提高纳米片释放比例，并形成随开关光切换的释放行为。释放出的纳米片并未丧失治疗功能，图5g的MUM-2B细胞实验验证其光照杀伤效果；图5h对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的检测进一步表明，联合光热与光动力处理还具有抗菌作用。考虑眼组织对高温较为敏感，图5i的活体红外热像及图5j的温度曲线在规定实验条件下显示眼部温度由约33 ℃升至43 ℃，为温和光热处理提供了实验依据。

图5. 响应性水凝胶的控释与功能验证。(a)释放机制；(b)温敏状态变化；(c)水和盐溶液中的降解；(d)SEM；(e)光热循环；(f)释放比例；(g)释放纳米片的细胞杀伤；(h)抗菌效果；(i)眼部红外热像；(j)温度曲线。

VII 延长眼内滞留支持一次注射后的多次治疗

图6a展示了小鼠原位眼内肿瘤模型的建立及治疗安排，研究通过视网膜下注射Luc-A375细胞形成眼内肿瘤，并设置PBS、游离纳米片及不同光照条件下的GNSs等对照。图6b的离体器官荧光成像显示，注射24 h后GNSs信号主要位于眼球。图6c的时间序列成像与图6d的定量进一步揭示水凝胶的滞留优势：游离纳米片在48 h时信号已接近消失，而GNSs在72 h时仍保留约59.1%的初始荧光，为“一次注射、多次治疗”提供支持。

治疗效果由图6e的肿瘤生物发光动力学和图6f的活体图像共同呈现。GNSs联合近红外与白光处理组在第8天仍保持较低肿瘤信号，而游离纳米片双光组及单一光治疗组出现肿瘤再生长。图6g记录的小鼠体重未出现明显下降；图6h和图6i进一步显示，联合治疗组眼球重量与直径更接近正常水平。上述结果将局部滞留、持续治疗与肿瘤控制联系起来，同时提供了短期实验中的耐受性信息。

图6. 响应性纳米片杂化水凝胶的体内治疗。(a)模型与流程；(b)离体器官分布；(c)眼内滞留成像；(d)荧光定量；(e)肿瘤生长动力学；(f)活体生物发光；(g)体重；(h)眼球重量；(i)眼球直径。

VIII 眼部结构与组织学共同验证局部抗肿瘤效应

图7a将治疗后第8天的裂隙灯明场、荧光及前节光学相干断层扫描(AS-OCT)图像并列比较。PBS和暗条件GNSs组可见明显肿瘤生长及眼部结构异常，游离纳米片双光组与单一光治疗组的改善有限；GNSs双光组眼球外观较清晰，角膜荧光染色与断层结构更接近正常对照，表明该处理在抑制肿瘤的同时较好地保留了眼部结构。

图7b以多种组织学检测补充成像结果：低倍及高倍H&E染色比较肿瘤浸润与组织结构，Ki67染色反映细胞增殖程度，TUNEL染色显示DNA损伤相关的细胞死亡，而GSDMD-N免疫荧光为焦亡执行过程提供进一步证据。双光GNSs组呈现较少的肿瘤浸润、较弱的增殖信号以及增强的细胞死亡与GSDMD-N信号，与前述细胞和分子实验相互印证。这里的结论限于该小鼠模型及实验观察期，体现的是进一步开展眼内肿瘤诊疗研究的依据。

图7. 不同治疗的眼部成像与组织学效果。(a)第8天裂隙灯明场、荧光和AS-OCT图像；(b)H&E、Ki67、TUNEL及GSDMD-N染色。

IX 总结

本研究成功构建了用于细胞焦亡介导的光动力–光热协同治疗的二维纳米片，并将其包封于刺激响应性Agar/PSBMA水凝胶中，用于脉络膜黑色素瘤治疗。结合AIE发光分子的二维MXene纳米片具有出色的I型活性氧生成能力，可通过靶向肿瘤细胞内的双细胞器有效诱导细胞焦亡，其光热性能进一步加速了癌细胞的焦亡过程。同时，Agar/PSBMA水凝胶的近红外光触发光热转化、凝胶–溶胶转变及肿瘤微环境响应特性，实现了温和光热治疗与纳米片的智能释放。这些特性赋予其良好的体外与体内脉络膜黑色素瘤诊疗性能，实现了近红外荧光成像–光热成像双模态引导的光动力–光热协同治疗。在所测试的细胞和小鼠实验条件下，GNSs的受控释放及温和热疗对正常细胞和眼内组织的影响较小；长期安全性及临床适用性仍需进一步验证。因此，所构建的GNSs为通过“一次注射、多次治疗”方式治疗脉络膜黑色素瘤提供了一种有前景的策略；这一兼具增强近红外成像、易清除特性以及温和光热/光动力/抗菌功能的平台，也可能为眼部肿瘤的灵敏无创成像与光治疗提供新思路。