2024年12月12日，南京大学化学化工学院贾静团队于《Small》发表研究成果。本研究借助Nexcope NCF共聚焦显微镜，以 Ti₃C₂ MXene 为核心构建癌细胞膜伪装的纳米探针 TCC@M，整合光动力激活的 CRISPR-Cas9 系统实现靶向递送与时空可控基因调控，结合 MXene 光热特性完成增强型光热治疗，同时整合荧光/光声/热多模态成像指导治疗。该技术解决了传统癌症联合治疗协同性差、时空调控单一、缺乏实时监测，以及光控基因调控组织穿透性差的临床瓶颈，实现了温和温度下的高效癌症治疗，兼具靶向性、安全性与精准性，为癌症精准诊疗提供了新型协同策略。

研究背景

癌症微环境的复杂性导致传统鸡尾酒式联合治疗因药代动力学、作用位点差异协同效果不佳，热疗联合 HSP 抑制剂的策略易对正常组织产生非特异性影响，且多数方案仅能实现时间或空间单一维度调控；光控基因调控虽具时空可控性，但依赖紫外光/光遗传学技术，组织穿透性差，临床应用受限。在此背景下，亟需开发整合时空可控治疗与实时多模态成像的癌症诊疗策略。本研究设计智能纳米递送系统 TCC@M，利用外源性近红外光刺激实现肿瘤部位的空间靶向与治疗的时间序贯调控，通过 CRISPR-Cas9 编辑下调 HSP90α 表达敏化肿瘤细胞，结合 MXene 高光热转换效率实现增强型光热治疗，同时整合成像模块实时追踪探针分布与治疗过程，完成精准诊疗。

实验1：

TCC@M 的理化性质表征

核心对象：Ti₃C₂及各步修饰产物、TCC@M 的理化特性、稳定性及光热性能。

实验逻辑：梯度表征验证 TCC@M 分步制备成功性，验证细胞膜包裹和光照对 Cas9 RNP 活性的影响，梯度实验验证光热性能与稳定性。

结果呈现：图2结果证实 TCC@M 分步修饰成功，保留光动力与荧光成像功能，细胞膜包裹成功且在水中稳定性良好，Cas9 RNP 活性不受膜包裹和光照影响，光热转换性能优异。

实验2：

TCC@M 的多模态成像性能与 Cas9 RNP 光控释放验证

核心对象：TCC@M 的光声/热成像性能，690 nm 光照下 Cas9 RNP 释放效率及单线态氧产生能力。

实验逻辑：体外成像实验验证多模态成像能力，电泳和荧光标记法验证 Cas9 RNP 光控释放特性，探针检测单线态氧产生效率。

结果呈现：图3结果证实 TCC@M 具备光声成像潜力，780 nm 激发更适合体内光声成像，热成像可实时监测温度，690 nm 光照可实现 Cas9 RNP 的有效光控释放且释放效率随光照时间提升。

实验3：

TCC@M 的细胞摄取、内吞途径与 Cas9 RNP 核递送验证

核心对象：A549 细胞对 TCC@M 的摄取效率、内吞途径，光照下细胞内 ROS 产生、溶酶体逃逸和 Cas9 RNP 核递送效果。

实验逻辑：借助 Nexcope NCF共聚焦显微镜，通过共聚焦成像对比摄取效率，抑制剂法验证内吞途径，荧光探针检测 ROS 与溶酶体逃逸，共聚焦成像验证 Cas9 RNP 核定位。

结果呈现：图4结果证实 TCC@M 因同源靶向效应细胞摄取效率更高，主要通过网格蛋白依赖的内吞途径进入细胞，光照可有效激活 Ce6 产生活性氧，Cas9 RNP 能成功逃逸溶酶体并实现核递送，且具备特异性基因编辑能力。

实验4：

TCC@M 介导的 HSP90α 基因编辑与细胞凋亡验证

核心对象：A549 细胞中 HSP90α 基因切割效率、mRNA /蛋白表达水平，不同处理组的细胞凋亡与活性变化。

实验逻辑：酶切法验证基因切割效率，qRT-PCR 与 Western Blot 检测基因/蛋白表达，活死染色与双染法验证细胞凋亡与活性。

结果呈现：图5结果证实 TCC@M 光照组可高效特异性切割 HSP90α 基因，显著降低其 mRNA 与蛋白表达实现肿瘤细胞热敏化，序贯光照组的细胞杀伤和凋亡诱导效果显著提升。

实验5：

TCC@M 的体内多模态成像与治疗时机优化

核心对象：A549 荷瘤裸鼠体内 TCC@M 的荧光/光声/热成像信号，探针肿瘤部位积累规律及光热治疗最佳参数。

实验逻辑：活体成像动态监测探针肿瘤部位信号以确定积累峰值时间，红外热成像监测肿瘤温度变化以优化光热治疗光照参数。

结果呈现：图6结果证实 TCC@M 在肿瘤部位靶向性优异且4h达积累峰值，780 nm 激发的光声信号变化与荧光一致，注射后4h光照5 min为温和光热治疗的最佳时机与参数。

实验6：

TCC@M 的体内抑瘤效果与组织学验证

核心对象：A549 荷瘤裸鼠不同处理组的肿瘤体积/重量、小鼠体重变化，肿瘤组织学特征及主要器官毒性。

实验逻辑：分组对照治疗并记录相关指标评估抑瘤效果和生物安全性，组织染色验证肿瘤坏死与凋亡、检测 HSP90α 表达，器官染色评估系统毒性。

结果呈现：图7结果证实 TCC@M 序贯光照组抑瘤效果显著优于其他对照组，所有实验组小鼠生物相容性良好，该组肿瘤组织坏死凋亡面积最大且 HSP90α 表达显著降低，仅非靶向组出现轻微肝毒性。

实验结论

本研究借助 Nexcope NCF 共聚焦显微镜完成关键细胞荧光成像实验，成功构建癌细胞膜伪装的 Ti₃C₂ MXene 纳米探针 TCC@M，该探针可实现肿瘤靶向递送，兼具优良光热性能与荧光/光声/热多模态成像能力，通过两次近红外光序贯激活，先实现基因编辑让肿瘤细胞热敏化，再在温和温度下触发增强型光热治疗，达成显著抑瘤效果，同时依托多模态成像实现癌症治疗的时空精准控制。

该技术相较传统疗法，解决了热抵抗、协同性差等痛点，具备低脱靶、高靶向、生物相容性佳等优势，为肺癌等实体瘤提供了新型精准诊疗平台，还可拓展构建多靶点治疗体系，其成像技术可独立用于肿瘤早诊与术中导航，也为癌症治疗相关机制研究提供了优质实验模型。