单细胞ICP-MS研究新型光催化抗 癌药物双核铱化合物

金属铱配合物具有可调节的结构和氧化还原电位、显著的光稳定性、特别高的激发寿命和多光敏机理，正成为光催化抗 癌药物的兴起药物。在抗 癌药物治 疗中，单个肿瘤细胞对药物的摄入和保留效率是影响疗 效的重要因素，准确定量金属基抗 癌药物在单个癌细胞内的摄入和保留对有效筛选抗 癌药物有重要意义。目前单核铱化合物（Ir1）用作光催化抗 癌药物已有一些报道，但双核铱化合物（Ir2）尚未见报道。

图1 Ir（III）光催化剂诱导NAD(P)H的氧化还原

新兴的单细胞ICP-MS技术（SC-ICP-MS）将每个细胞视为一个单独的个体，使用PerkinElmer专 利Asperon™雾室的单细胞进样系统，能十分有效传输细胞，搭配NexION ICP-MS 100,000点/秒的极快采集速度和专用单细胞应用软件模块，能快速准确定量单个细胞内元素的含量，得到元素含量分布，含金属的细胞浓度以及区分细胞外源性和内源性离子。中山大学黄怀义副教授和合作团队与PerkinElmer技术团队共同合作，使用PerkinElmer的NexION ICP-MS用单细胞ICP-MS技术首次研究单核Ir1和双核Ir2光催化剂在单个癌细胞中的吸收和保留情况，该工作成果近日已发表在著名化学期刊Angewandte chemie。

图2 研究工作成果

实验部分

SC-ICP-MS分析Ir（III）光催化剂的实验操作步骤见图3：用药物培育细胞一段时间后，移除药物进行离心分离、洗涤、重悬，然后用SC-ICP-MS测试，经由软件得到单个细胞中Ir含量。

图3 SC- ICP-MS分析Ir（III）光催化剂的步骤

由图4可知随着细胞药物培育时间增加，SC-ICP-MS测得含有Ir的细胞个数及Ir信号强度增加。

图4 SC-ICP-MS得到单个癌细胞中Ir1和Ir2（10uM）摄入情况的时间-强度信号图

从图5看，Ir2培养的细胞内Ir含量显著2倍高于Ir1，这可能是由于Ir2化合物比Ir1有更高的亲脂性（logP Ir1/Ir2，0.13/0.54）促进了细胞对化合物的吸收。此外，通过SC-ICP-MS能得到每个癌细胞中吸收的Ir2含量从20到400ag不等，表明了细胞间对Ir2化合物的摄入情况存在差异性。因此，对比常规ICP-MS测定细胞平均摄入的方法，SC-ICP-MS能得到更多细胞药物摄入的详细信息。

图5 单个癌细胞中Ir1和Ir2（10uM）的Ir元素摄入质量频率图

同时，本研究还比较SC-ICP-MS对Ir1和Ir2化合物在细胞内的保留情况。当用Ir2培育细胞12h后除过量的Ir2，分析8h后细胞内Ir含量。移除药物8h后，单个细胞内Ir2含量几乎没有变化，表明Ir2在癌细胞中有很高的保留性。但同等条件下，Ir1在细胞中的浓度显著减少。SC-ICP-MS实验表明细胞对Ir2化合物的摄入率和保留率很高。根据报道，细胞内顺铂药物产生耐药性原因之一是细胞内药物的高流失性，Ir2化合物高效的保留性有望能克服耐药性问题。

图6 移除Ir1和Ir2培养基后，细胞内Ir质量随时间的保留情况

结论

本文研究了一种新型光催化活性、高生物相容性的有机金属双核铱化合物，使用珀金埃尔默NexION系列单细胞ICP-MS技术首次实现单个癌细胞内铱化合物（Ir1和Ir2）中Ir元素含量的快速、准确定量。结果表明，Ir2比Ir1有更高效的细胞摄取率和胞内保留效率，是一个高效光催化剂。在本文更多的研究工作中，也发现双核Ir2的光催化抗 癌效果也比单核Ir1优异。这是第 一次报道双核金属铱化合物能被运用于光催化抗 癌研究，为光催化抗 癌药物发展提供了更多展望。