本文要点:本文报道了具有供体-受体-供体(D-A-D)结构的水溶性对称分子的合成。该化合物通过π桥连接,以2-溴芴聚乙二醇2000为屏蔽单元,供体组分和吡咯吡咯(DPP)为受体单元。通过偶联反应获得D-A-D双供体荧光分子P2-DPP。荧光分子P2-DPP的吸收峰和发射峰分别为600nm和1020 nm,具有潜在的优异成像特性。该荧光分子量子产率达到0.6%,穿透深度可达10毫米。该化学物质能够实现肝脏和肾脏的新陈代谢。在小鼠肿瘤的光热治疗中具有良好的应用前景,实现了生物诊疗的一体化。
方案1. 小鼠光热治疗方案:按路线合成P2-DPP水溶性分子。对其近红外II成像、光热成像和光声成像进行了表征。
图1. 水溶性纳米颗粒的表征
组装荧光材料核心结构的关键步骤是铃木交叉偶联反应。将PEG-2000添加到分子结构中,以改善其低水溶性并使其均匀地散布在水中。溶液呈现负电荷,可有效延长纳米颗粒的血液循环时间,实现肿瘤部位的药物富集(图1a)。测得P2-DPP在60 d内的平均水化粒径无显著变化,表明荧光分子具有长期良好的结构稳定性。(图 1b)。根据透射电子显微镜(TEM)图像,P2-DPP NPS具有完整的形态结构和均匀稳定的粒径(图1c)。
P2-DPP具有良好的水溶性、较大的斯托克位移和荧光发射峰(λABS = 600 nm,λEM= 1020 nm)到达近红外区域(图2a)。以IR-26(QY = 0.5%)为参考标准,确定P2-DPP在水中的荧光量子产率为0.6%,平均荧光寿命为2μs。激光照射6000 s后,归一化荧光强度保持稳定,表明荧光分子具有优异的荧光稳定性(图2c)
图2. P2-DPP荧光染料的光学表征
本研究使用 808 nm 激光进行后续光热治疗。PCE和光热稳定性是评价光热效应的基本参数。如图3a所示,P2-DPP NPS的PCE(η)远高于临床实践中使用的吲哚菁绿(ICG)(≈3.1%),达到58.03%。此外,在光热稳定性测试中,我们发现P2-DPP NPS在808 nm激光器下加热和冷却循环过程中没有明显的热分解现象,充分证明了NPS优异的光热稳定性(图3b)。通过使用红外热像仪,可以观察到P2-DPP在用808nm激光照射约2分钟后接近48°C,达到致死细胞温度(图3c)。
图3. 纳米颗粒的生物相容性
为评估了P2-DPP材料PAI成像能力,对荷瘤小鼠进行36小时监测(该材料的理想体外成像浓度为 100 μg/mL-1)。在大约1小时时,观察到相当大的信号,表明EPR效应开始富集肿瘤位置的纳米材料。随着时间的流逝,PA信号的强度越来越强(图4)。
图4. 光声成像测试
图5. P2-DPP的体外和体内成像
对于浓度为 300 μg/mL-1 P2-DPP溶液,当鸡肉组织覆盖厚度达到10mm时,仍旧可以看到微弱的荧光信号(图5a)。实验表明,P2-DPP具有良好的穿透深度,可进一步应用于体内成像。将P2-DPP水溶液注射到小鼠尾静脉中,监测48 h内荧光分子在体内的分布情况。从图5b可以看出,在注射后5 min内,在小鼠血管中可以观察到强烈的荧光强度,表明该分子具有体内成像性能。随着身体的循环,肝脏的荧光稳步增加,而血管的荧光逐渐减少。P2-DPP富集于肝脏、脾脏和肿瘤部位,并表现出良好的荧光强度。尾静脉注射24 h后,对小鼠进行人道安乐死,解剖其主要器官,包括心脏、肝脏、脾脏、肾脏、肺、肿瘤组织等组织进行荧光成像(图5c,d)。肿瘤部位的荧光强度证明了药物可以在这里富集(图5e,f)。
图6. 小鼠的光热治疗图
基于P2-DPP良好的光热成像效果和1000 nm以上的发射波长,在808 nm处具有良好的光热转换。对照组在808 nm激光照射下的温度恒定在37°C左右,未达到杀伤肿瘤细胞的温度。实验组2分钟后温度可升至48°C,足以杀死肿瘤细胞。由于在荷瘤小鼠实验前尾静脉注射后观察到肿瘤部位P2-DPP的明显聚集,这可能是由EPR效应引起的,因此可以进一步探索和应用该材料的光热性能(图6)。
根据光热过程图(图7a),重复光热治疗1周,每天观察肿瘤治疗。治疗 2 周后停止光热疗法。PBS组肿瘤体积稳步增加,光热治疗对肿瘤无抑制作用。2天后,观察到光热疗法对实验组小鼠有显著影响。4 d后,实验组肿瘤体积呈下降趋势,表明光热处理P2-DPP对肿瘤生长有显著的抑制作用。如图7b所示,可以观察到,经过2周的治疗,P2-DPP NPS和808 nm激光照射有效治疗了肿瘤,在原肿瘤部位留下了黑色疤痕。在1周的观察期内,肿瘤没有复发,证明肿瘤已经完全治疗。相比之下,其他3个对照组的肿瘤体积呈现连续生长趋势(图7c,d),各组体重在2周内无明显变化(图7e),说明P2-DPP对小鼠日常饮食没有明显影响,再次证明P2-DPP具有良好的生物相容性和可忽略不计的生物毒性。
图7. 荷瘤小鼠的体内治疗
本文创造了一种全新的P2-DPP D-A-D光敏剂,具有良好的水溶性和强大的近红外发射。所生产的P2-DPP水溶液具有良好的光稳定性和生物稳定性,使其适用于其他生物应用。然后进行了几项体内和体外研究,以衡量P2-DPP的抗肿瘤有效性。根据研究结果,P2-DPP在暴露于808 nm激光和稳健的长期肿瘤成像时显示出有效的光热治疗。本研究表明,P2-DPP在近红外成像引导的PTT中具有极好的潜力。为了创造性能更好、量子产率更高的荧光化合物,未来的研究将集中在寻找长波长发射(>1000 nm)和增加的光感应之间的理想平衡。
参考文献
Cao M, Wang C, Wang F, et al. Synthesis on NIR‐II Multifunctional Imaging and Photothermal Therapy of a Novel Water‐Soluble Molecule[J]. Advanced Healthcare Materials, 2024: 2304564.
⭐️ ⭐️ ⭐️
NIR-II in vivo imaging system
有不同型号的样机可以测试,
请联系:021-61620699
⭐️ ⭐️ ⭐️
恒光智影
上海恒光智影医疗科技有限公司,被评为“国家高新技术企业”,荣获“科技部重大仪器专项立项项目”,上海市“科技创新行动计划”科学仪器领域立项单位。
恒光智影,致力于为生物医学、临床前和临床应用等相关领域的研究提供先进的、一体化的成像解决方案。
与基于可见光/近红外一区的传统荧光成像技术相比,我们的技术侧重于近红外二区范围并整合CT, X-ray,超声,光声成像技术。
可为肿瘤药理、神经药理、心血管药理、大分子药代动力学等一系列学科的科研人员提供清晰的成像效果,为用户提供前沿的生物医药与科学仪器服务。
上海恒光智影医疗科技有限公司
地址:上海市浦东新区张江高科碧波路456号 B403-3室
网址:www.atmsii.com
邮箱:liupq@atmsii.com
电话:137 6102 1531 (同微信)
利用成像监测肿瘤激活光动力疗法的比例NIR-II荧光有机纳米探针
利用成像监测肿瘤激活光动力疗法的比例NIR-II荧光有机纳米探针
可变外周配体供体调节四硫富瓦烯四硫醇双自由基的电子结构和NIR-II发射
可变外周配体供体调节四硫富瓦烯四硫醇双自由基的电子结构和NIR-II发射
相关产品
关注
拨打电话
留言咨询