发展具有肿瘤高效靶向和富集的光敏剂(PSs)对提高肿瘤的光动力治疗(PDT)效果、降低其毒副作用具有重要意义。传统的肿瘤靶向PSs主要是通过与肿瘤细胞表面天然抗原或受体识别从而增强其在肿瘤组织中的摄取。然而，由于肿瘤细胞表面天然抗原或受体的数量有限(例如，肿瘤细胞表面的受体数量一般在~10⁵-10⁶个/细胞)，限制了PSs在肿瘤组织中的高效蓄积，再加上实体肿瘤内部的乏氧环境(氧气含量在0.02-2%)，导致PDT效果难以提升。

为了克服以上不足，近日，南京大学化学化工学院叶德举教授课题组开发了一种活体内酶催化原位自组装和生物正交反应级联调控的肿瘤预靶向诊疗方法。该肿瘤预靶向诊疗方法首先通过肿瘤细胞表面碱性磷酸酶(ALP)介导的原位自组装，在肿瘤细胞表面富集上大量（109个/细胞）的反式反辛烯（TCO）基团，从而给每个肿瘤细胞引入了将近10亿个“人工受体”；接着与四嗪（Tz）修饰的近红外纳米光敏剂（775NP-Tz）和小分子碳酸酐酶抑制剂（SA-Tz）在肿瘤细胞表面发生快速的IEDDA生物正交反应，同时将纳米光敏剂和碳酸酐酶抑制剂捕捉并富集在肿瘤区域，进而改善肿瘤组织的乏氧环境，实现了双通道近红外荧光(710&780 nm)/磁共振（MRI）双模态成像引导下的肿瘤的高效PDT协同治疗。

首先，作者在溶液层面通过动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）表征证实了小分子探针分子P-FFGd-TCO在和ALP反应后，能够原位自组装形成近红外荧光（λ_em = 710 nm）和MRI信号同时增强的球形纳米颗粒FMNPs-TCO（粒径：~240 nm）。FMNPs-TCO接着与775NP-Tz（λ_em= 780 nm）和SA-Tz（最佳浓度比：NIR775/SA=1/4）发生快速的IEDDA反应，交联形成粒径达到微米级的大尺寸微米颗粒FMNPs-775/SA。FMNPs-775/SA同时具有高效的单线态氧的产生能力和碳酸酐酶抑制活性。随后，作者通过生物扫描电子显微镜（Bio-SEM）观察到了在ALP高表达的HeLa细胞膜表面形成大量且致密的FMNPs-775/SA，其粒径与溶液测试结果相一致。通过将原位自组装和生物正交反应相结合与单独小分子SA-Tz处理组相比较，在细胞膜表面能够蓄积的更多SA-Tz（~5倍）。更重要的是，原位组装和交联形成的微米级颗粒FMNPs-775/SA能更有效的小分子碳酸酐酶抑制剂在肿瘤细胞的停留，从而通过长时抑制细胞膜表面碳酸酐酶的活性，改善肿瘤细胞的乏氧环境，提高光敏剂的光毒性。

接着，在皮下荷瘤小鼠体内，作者通过双通道荧光成像（710 &780 nm）、高效液相色谱（HPLC）和电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-OES）分析等实验证实，相较于单独纳米颗粒组（I, 仅依赖EPR效应）、原位自组装但无法生物正交反应组（III,用775NP-OMe代替775NP-Tz，无法生物正交反应）或小分子组和生物正交反应组（IV，用P-Gd-TCO代替P-FFGd-TCO，无法自组装），通过ALP介导的活体原位自组装和生物正交反应（II）能够同时显著提升775NP-Tz和SA-Tz在肿瘤区域的富集，并同时延长它们在肿瘤区域的停留，进而通过长时抑制CA活性，改善肿瘤组织乏氧环境。最后，作者进一步在体内开展了抗肿瘤活性研究，实验结果表明，通过ALP介导的原位自组装和生物正交反应，预靶向治疗组（VI）可以在低功率的808 nm激光（0.33 W cm^-2，10 min）单次照射下，体积达到~200 mm³的HeLa皮下乏氧肿瘤生长被高效抑制，并且在治疗结束后的30天内也未观察到肿瘤复发。

总体而言，作者发展的活体酶催化原位自组装和生物正交反应级联调控的肿瘤预靶向诊疗方法，有效克服了肿瘤细胞表面上天然抗原或受体数目不足的限制，同时提升了光敏剂和碳酸酐酶抑制剂在肿瘤区域的富集和停留时间，实现了乏氧肿瘤的高效PDT协同治疗。这一策略将有望进一步应用于活体内靶向富集其它药物和功能分子，开展多模态成像引导下的肿瘤的精准、高效治疗。