在癌症治疗领域，免疫疗法和靶向治疗逐渐成为主流，但如何实现精确诊疗、减少对健康组织的损害，依然是一个巨大的挑战。近年来，生物正交化学 (Bioorthogonal Chemistry)和光响应为时空可控药物释放和在靶成像提供了强有力的手段和方法。但是光活化前药具有“一直开”的光活性导致暗毒性，而且如何选择性释放药物在病灶以及什么时候光照释放，一直未有解决方案。
图1. 基于预靶向生物正交触发剂和荧光引导可见光照射的条件性接力激活诊疗前药平台
近日，苏州大学苏州医学院药学院龙亚秋教授团队以四嗪（Tetrazine，Tz）和硼二吡咯亚甲基（BODIPY）的共缀物为生物正交载药骨架(one single molecule)，以连接靶向基团的反式环辛烯（如Biotin-TCO）为预靶向生物正交触发剂 (one single trigger)，创制了“点击-光可控释放”的诊疗一体化生物正交前药体系(图1)。该前药体系巧妙结合了生物正交前药的靶向精准递送特性与光笼基团的荧光开关、时空可控的光响应特性，既克服了传统的光激活药物的暗毒性问题，也实现了靶向性荧光成像和肿瘤细胞杀灭的“亮哪照哪，照哪杀哪”在靶精准诊疗一体化功能。
图2. Tz-BODIPY-SN-38前药的激光共聚焦荧光成像（A549细胞）
研究团队设计以四嗪Tz作为BODIPY的荧光和光响应性双重屏蔽基团，所获得的Tz-BODIPY偶联的前药分子处于对光照不敏感的“关闭”状态。当前药分子中的四嗪基团与预靶向目标细胞表面的反式环辛烯相遇发生IEDDA生物正交反应，BODIPY的荧光瞬时被激活，进而指导可见光的照射时间和照射区域而即时在靶释放原药。前药未激活时，其荧光被完全淬灭，且表现出低毒性，最大限度减少对细胞的伤害；而在靶细胞处被生物正交引发剂点击激活荧光和光活性，随即在可见光照射下，药物迅速释放、原位发挥强效治疗干预作用。
作为概念验证，该条件性接力激活诊疗一体化前药体系应用于泛细胞毒性的喜树碱衍生物SN-38分子的前药设计。所构建的Tz-BODIPY-SN-38前药，成功实现了药物的荧光淬灭与低细胞毒性；经过IEDDA反应激活而恢复荧光发射（图2）、指导可见光照射后，药物的释放率超过94%，对肿瘤细胞展现出强效的杀伤效果 （图3）。进一步，生物素偶联的反式环辛烯（biotin-TCO）作为预靶向生物正交反应引发剂，实现了Tz-BODIPY-SN-38前药的肿瘤细胞选择性富集和荧光成像及靶向性细胞毒性（图4）。这一创新前药平台不仅解决了光激活药物的暗毒性问题，还通过靶向基团和特定波长的光照实现了药物释放的时空精确控制。更为重要的是，这一前药体系具备可视化成像功能，通过生物正交反应控制荧光信号开关实现肿瘤细胞的成像与精准定位，并精准引导光照在靶释放药物，有望为开发精准诊疗药物提供新的思路和可药化诊疗一体化骨架。
图3. SN-38原药，Tz-BODIPY-SN-38前药1与反应组对不同肿瘤细胞株的细胞毒性
图4. 药物组处理后的细胞成像（图4A）及细胞生长抑制实验（图4B-C）：Tz-BODIPY-SN-38前药1 + 4-OH TCO 或者 Tz-BODIPY-SN-38前药 1 + biotin-TCO.
论文信息：
Conditional Relay Activation of Theranostic Prodrug by Pretargeting Bioorthogonal Trigger and Fluorescence-guided Visible Light Irradiation.
Shihong Li, Jing Pang, Yuanjun Sun, Yuchen Zhang, Ya-Qiu Long*
2024年12月23日在线发表于 Angewandte Chemie International Edition https://doi.org/10.1002/ange.202422023
文章的通讯作者是苏州大学龙亚秋教授，第一作者是苏州大学的硕士研究生李施宏和博士生庞京。
