南大徐静娟&上海大学赵微Angew.：电化学发光驱动光动力治疗的单细胞成像

通讯作者：赵微；徐静娟

通讯单位：上海大学；南京大学

电化学发光(ECL)具有时空可控性强、发光稳定、光通量大等优点是光疗光源的理想选择。

近日，南京大学徐静娟教授和上海大学赵微研究员报道一种电化学发光(ECL)驱动的光动力疗法。将ECL作为PDT的外部光源(ECL-PDT)和原位成像工具来记录细胞肿胀，质膜鼓泡，细胞粘附力下降及与底物分离等动态过程。

图1. 左:ECLM在单个活细胞水平上原位成像ECL-PDT过程示意图。右图:ECL-PDT的机理。比例尺:25 μm。

相关工作以“Single Cell Imaging of Electrochemiluminescence-driven Photodynamic Therapy”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图2. (A) Ru(bpy)32+的ECL发射光谱和Ce6的吸收光谱。插图:Ru(bpy)32+的ECL图像。(B) Ru(bpy)32+-TPA-Ce6在不同电作用时间下SOSG的荧光光谱。在ITO上培养的MCF-7细胞BF (C)和ECL (D)图像。

要点1. 在光动力治疗(PDT)系统中，发光基团Ru(bpy)32+和共反应物三丙胺(TPA)对作为供体，具有较高的ECL发射效率和稳定性。产生的光既是ECL成像的光读出器，又是光敏剂Ce6产生活性氧(ROS)的激发光源。在高浓度的TPA下，ECL的生成主要遵循经典的氧化还原路线，并紧密地局限于电极表面。

要点2. 光敏剂Ce6能吸收ECL发射，使周围氧敏感进而产生活性氧(ROS)，主要是有害的单重态氧(1O2)，杀死癌细胞。ECL驱动的PDT(ECL-PDT基于ECL共振能量转移(ECL-RET))依赖于从ECL发射到光敏剂Ce6的有效能量转移，后者将周围的氧气敏化成ROS。

要点3. 在具有良好时空分辨率的ECL显微镜(ECLM)下，可以在单细胞水平上监测在细胞焦亡过程中，细胞形态逐渐变化，细胞基质黏附变化以及细胞膜通透性增加的动态过程。此外，随着细胞膜渗透选择性的降低，ECL分子可以自由地运输到细胞内。持久性发光既可作为PDT的可控光源，又可作为动态过程监测的光学读数。

将实时成像与ECL-PDT相结合，这种新策略不仅提供了对动态细胞过程的新见解，而且在临床应用中提供了ECL的潜在前景。

图3. 在含有100 μM Ru(bpy)32+和10 mM TPA的PBS中，MCF-7细胞与Ce6 (100 μg/ml)孵育的BF (A)和ECL图像(B)。比例尺:20 μm。(C) Matlab得到的放大的ECL图像。(D)从一系列ECL图像估计的细胞-基质粘连的统计面积和周长。(E)沿着单个MCF-7细胞的ECL强度分布(标记在C中)。在含有100 μM Ru(bpy)32+和10 mM TPA的PBS中，PC-12细胞与Ce6 (100 μg/ml)孵育后的BF (F)和ECL图像(G)。比例尺:30 μm。(H) Matlab获得的放大的ECL图像。(I)细胞-基质粘连的统计面积和周长。(J)沿单个PC-12细胞的ECL强度分布(标记在H中)。

图4.MCF-7细胞在电刺激后，BF (A)、ROS (B)和Ru(bpy)32+(C)的荧光图像。MCF-7细胞在ECL-PDT后，BF (D)，ROS (E)和Ru(bpy)32+(F)的荧光图像。(G) ECL-PDT系统中ROS生成时间。(H)电刺激和ECL-PDT后ROS和Ru(bpy)32+的荧光强度。(I)贴壁MCF-7细胞的ITO电极电流-时间曲线。

链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202117401