构建一种新型水溶性分子应用于NIR-II多功能成像和光热治疗
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.
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