1064 nm激发的NIR-II光疗全能型分子治疗原位乳腺癌

本文要点：近红外二区（NIR-II，1000–1700 nm）激活有机光热剂能够同步实现满足NIR-II 荧光成像的要求，但由于压倒性的非辐射衰变，它即有很好的效果，但也相当具有挑战性。在此，通过采用苯并[c]噻吩部分作为大电子给体/π桥并定制外围分子转子，巧妙地设计和构建了这样一种试剂，即TPABT-TD。得益于其高电子供体-受体强度和精细调节的分子内运动，TPABT-TD 同时表现出 NIR-II 区域的超长吸收、NIR-IIa (1300–1500 nm) 区域的强烈荧光发射（作为纳米聚集体）和高光热转换在 1064 nm 激光照射下。这些内在优势赋予 TPABT-TD 纳米颗粒显着的荧光/光声/光热三模态成像引导的NIR-II 光热疗法针对原位 4T1 乳腺肿瘤的作用，且副作用可忽略不计。

小动物活体成像系统

聚集诱导发射 (AIE) 的出现提供了⼀种相当实⽤的补救措施，可以获得聚 集状态下荧光强度增强的荧光团。AIE 发光团 (AIE 基因) 固有的扭曲⻣架有利于抑制 聚集态下的 π-π 相互作⽤，从⽽促进荧光发射。此外，AIE 基因的知名优点还包括⼤的斯托 克斯位移和光稳定性，这对于开展光诊疗具有重要意义。在此，我们⾸次报道了⼀种 NIR-II 吸收 AIE 发光团TPABT-TD，它利⽤苯并[c]噻吩部分作为 D/π 桥，操纵外围分⼦转 ⼦，实现三模态 NIR-II FLI/NIR-II PAI/PTI 成像引导的 NIR-II PTT 消融乳腺癌。TPABT-TD 具有较强的 D‒A 相互作⽤和 AIE 特性，在 1025 nm 处显⽰最⼤吸收，在 1328 nm 处显⽰最⼤发射，适⽤于在 NIR-II 窗⼝发挥光疗作⽤。封装到⽔分散性纳⽶颗粒 (NPs) 中后，TPABT-TD NPs 在 1064 nm 激光照射下表现出较⾼的 PCE（68.98%）。最终，通过单次注射 TPABT-TD NPs 和单次照射 1064 nm 激光，实现了三模态 NIR-II FLI/NIR-II PAI/PTI 成像导航体内肿瘤成像和NIR-II PTT。该贡献为开发 1064 nm 可激活纳⽶平台提出了全⾯的指导⽅针，从⽽能够对深层疾病进⾏有效的 NIR-II 光疗。

图1. BPBT-TD、CPBT-TD和 TPABT-TD 的结构细节和光谱研究

在稀 THF 溶液中分别测定了BPBT-TD、CPBT-TD 和 TPABT-TD 的最⼤吸收峰在 894、 890 和 1010 nm，与能带隙具有很好的⼀致性（图 1C）。PL 光谱显⽰ BPBT-TD、CPBT-TD 和 TPABT-TD 表现出宽的发射光谱，在 1000‒1500 nm 处（图 1D）。值得注意的是，TPABT-TD 的发射最⼤值位于 1318 nm， 使其可以在 NIR-IIa 区域成像。为了探索聚集状态下的荧光特性，使⽤具有不同⽔分数（ fW）的 THF/ ⽔混合物测量了所得发光体的 PL 光谱。如图 1E所⽰，由于分⼦间 π-π 堆积的分布，BPBT-TD和 CPBT-TD 显⽰出典型的 ACQ 属性，随着fW 的增加，聚集体的形成。对于 TPABT-TD，外围安 装的⼆苯胺单元起到活性分⼦⻢达的作⽤，这导致其在单分散THF 溶液中荧光微弱，但在聚集体中，由于分⼦内运动的限制导致发射增强。

图2. TPABT-TD NPs 的表征

鉴于超⻓的吸收/发射波⻓，将疏⽔性的TPABT-TD负载到⽣物相容性的DSPE- mPEG2000 中，形成⽔分散性的TPABT-TD NPs。动态光散射（DLS）显⽰TPABT-TD NPs呈均匀的球形，平均 直径约为72纳⽶（图2A）。TPABT-TD NPs的超⻓吸收和发射波⻓使其能够维持PTT的连续热输出（图2B）。然后，为系统地评估TPABT-TD NPs 的光热能力。在1064 nm激光下照射7分钟，TPABT-TD NPs的温度与纳米粒子浓度和激光功率密度密切相关，展示了可控的光热行为（图 2C）。具体来说，在 1064 nm 激光 (1.0 W cm²²) 照射下, TPABT-TD NP (100 µM) 从 21 °C 快速升至 58 °C (ΔΤ= 37 °C) 具有高达68.98%的 PCE 值（图 2D）。在五圈激光加热/冷却过程，TPABT-TD NPs 保持优异的光热稳定性（图 2E）。如图所示在图2H中，TPABT-TD NP在 NIR-II 窗口，穿透深度约为 1 cm，性能优于其他先前报道的 NIR-I 吸收苯并[c]噻吩基发光体，在深部成像方面具有广阔的前景。如图 2I 所示，暴露在 808 nm 激光下的 ICG 显示，随着鸡胸肉厚度的增加，温度升高的下降更为明显。相比之下，经1064 nm激光照射的TPABT-TD NP的温度表现出明显较慢的衰减速度，进一步揭示了NIR-II光驱动PTT对深层病变进行治疗的卓越功效。

图3. 体外光热杀细胞性能研究

受良好的光收集能力和深部组织穿透深度的鼓舞，继续评估TPABT-TD NPs对4T1细胞的体外光热治疗能力。如图3A所示，TPABT-TD NPs即使在100μM的高浓度下也显示出可忽略的暗细胞毒性。TPABT-TD NPs在处理正常3T3、HUVEC和LO2细胞时具有良好的生物相容性（图3B）。与此形成鲜明对比的是，1064 nm激光（1.0 W cm−2，5 min）照射下，随着浓度的增加，细胞存活率明显降低，100μM激光照射下95%以上的癌细胞被烧蚀。为了直观验证TPABT-TD NPs的细胞消融效果，采用荧光素二乙酸酯（FDA，绿色荧光染色活细胞）和碘化丙啶（PI，红色荧光染色死细胞）进行活/死染色实验。如图3C所示，在生理盐水、生理盐水+激光（L）和TPABT-TD NPs中测量到全场绿色荧光，而在TPABT-TD NPs+L处理组中观察到强红色荧光，表明TPABT-TD NPs在1064 nm激光照射下具有高细胞热杀伤效率。流式细胞术结合Annexin V-FITC/PI分析进一步阐明细胞死亡机制。如图3D和图S27所示，观察到明显的浓度依赖性杀瘤作用。TPABT-TD NPs+L处理组4T1细胞有56.3%坏死，而在100μM浓度下有26%的癌细胞处于凋亡状态。而在其他三个对照组中，只有很小比例的细胞出现坏死或凋亡。结果表明，TPABT-TD-NPs对1064 nm激光照射具有明显的抗肿瘤作用。

图4. 体内多模态成像引导光疗治疗原位 4T1 乳腺肿瘤