本文要點：本文開發了一種在近紅外區域具有較強光收集能力的“A-D-A′?D-A"結構有機光劑（Y16-Pr）。用聚乙二醇（PEG）修飾得到的生物相容性納米顆粒（Y16-Pr-PEG NPs）可以進行NIR-II熒光成像（FLI）和光聲成像（PAI），并同時進行光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）。在808 nm激光激發下，Y16-Pr-PEG NPs有82.4%的光熱轉換效率（PCE）。輻照后的NPs可產生羥基自由基（•OH）和單線態氧（1O2）分別進行I型和II型PDT的。體內和體外實驗表明，Y16-Pr-PEG NPs在激光照射下顯著抑制腫瘤細胞生長并且無明顯的毒副作用。雖然NIR-ⅡFLI在疾病診斷領域取得了重大進展，但了解腫瘤環境等信息需要多種成像模式進行檢測。因此NIR-II FLI和PAI的集成對生物醫學應用更具優勢。在本文中，作者開發了一種“A-D-A′?D-A"結構化有機光療劑（Y16-Pr），用于NIR-II FLI-和PAI引導的光熱和光動力協同治療（Scheme 1）。近紅外二區小動物活體熒光成像系統-MARS

Y16-Pr是一種多環結構分子，可以形成剛性共軛分子平面，有利于強光吸收和分子內電荷轉移。增加分子內推拉效應可顯著降低單線態-三重態之間的能量間隙，提高光動力治療療效。疏水性Y16-Pr通過納米沉淀與兩親性聚合物DSPE-PEG-NH2組裝，得到水溶性納米顆粒（Y16-Pr-PEG NPs，Figure 1a）。掃描電子顯微鏡（SEM）和動態光散射（DLS）結果顯示了平均直徑為126 nm的均勻球形貌（Figure 1b），這有利于它們在腫瘤區域的被動積累。Y16-Pr-PEG NPs具有高度的光穩定性和生物相容性（Figure 1c,d）。Y16-Pr-PEG NPs在600?900 nm的范圍內顯示出廣泛的吸收，相應的FL光譜顯示發射峰值為920 nm，并一直持續到1100 nm。

Y16-Pr-PEG NPs在NIR區域的強吸收可能導致高的非輻射躍遷速率，從而為它們提供出色的光熱轉換能力。正如預期的那樣，作者觀察到激光功率密度與NP水溶液的溫度之間存在正相關關系。在1 W/cm2激光功率下，3.6 μM Y16-Pr-PEG NP水溶液的溫度可以在短時間內（5 min）迅速升高至50°C（Figure 2a），10 min后，溫度升高超過60°C，這足以有效地消融癌細胞。2.4 μM Y16-Pr-PEG NP溶液的溫度在不到300s的時間內從25°C升高到50°C（Figure 2b）。作者根據冷卻曲線和冷卻的時溫關系（Figure 2c），計算出時間常數（τ）為464 s，光熱轉換效率η為82.4%，明顯高于先前報道的PTT試劑。與ICG（Figure 2e,f）相比，Y16-PrPEG NPs在五個連續加熱和冷卻循環后仍能保持光穩定性（Figure 2d），可以反復使用而不影響其治療效果。

使用SOSG作為1O2捕獲劑檢測其ROS產生能力。如Figure 3a所示，在808 nm激光照射，氧化的SOSG熒光強度在與Y16-Pr-PEG NPs溶液混合后隨時間增加，表明Y16-Pr-PEG NPs可有效生成1O2。Figure 3b中羥基化產物2-羥基-亞苯二酸的熒光強度隨時間的增加證明了Y16-Pr-PEG NPs也能夠產生•OH。綠色和紅色熒光只能從NPs +激光照射組中觀察到，合并的圖像表明Y16-Pr-PEG NPs可以在細胞內同時產生•OH和1O2（Figure 3c），因此可以進行I型和II型PDT。

Figure 4a表明Y16-Pr-PEG NPs具有良好的生物相容性。然而如Figure 4b所示，隨著Y16-Pr-PEG NPs的濃度從0.61 μM增加到2.4 μM，細胞存活率從93%下降到18%。為了進一步觀察Y16-Pr-PEG NPs的細胞毒性，與Calcine AM和PI共染色（Figure 4c(i)）。用NPs或單獨激光處理的細胞表現出強烈的綠色熒光，這意味著使用的激光功率密度是安全的，并且Y16-Pr-PEG NPs在實驗濃度下具有高度的生物相容性。相比之下，幾乎所有NPs+激光組的細胞都表現出紅色熒光，顯示出Y16-Pr-PEG NPs在NIR-II激光輔助下具有優異的協同治療效果。用PBS，PBS +激光或NPs處理后，4T1細胞的細胞骨架仍然顯示出均勻且分布良好的形態，而NPs +Laser組具有細胞骨架絲解聚導致的明顯的絲狀細胞結構片段（Figure 4c(ii)）。從Figure 4c(iii)中可以清楚地看出，所有對照組對細胞增殖沒有明顯影響，而NPs+激光可通過DNA合成抑制對細胞增殖有明顯影響。

注射Y16-Pr-PEG NPs的4T1腫瘤小鼠發出強烈的NIR-II熒光信號（Figure 5a），小鼠左側的PA信號也很明顯（Figure5b中的紅色圓圈）。體外PA信號（Figure 5c）說明了Y16-Pr-PEG NPs與PA強度之間的濃度依賴關系。在確認了雙模成像能力后，作者進行了體內癌癥治療效果研究。如Figure 5d、e所示，NPs+激光組顯示出優異的腫瘤消除效果，PDT和PTT聯合治療后腫瘤*消失。此外，在14天的治療期間，小鼠的體重在所有組中均未顯示出任何顯著的下降（Figure 5f），這表明該治療方式對小鼠是安全的。

為了進一步驗證Y16-Pr-PEG NPs的抗腫瘤功效，作者通過蘇木精和曙紅（H&E）以及Ki67染色研究了腫瘤。只有NPs+激光組在腫瘤中誘導了更多的壞死區域以及明顯的腫瘤生長抑制，而其他組顯示出可以忽略不計的損傷（Figure 6a）。在尾靜脈注射24 h后，Y16-Pr-PEG NPs主要積累在肝臟和脾臟中（Figure 6b,c）。三組主要器官均未發現明顯的組織學變化（Figure 6d）。

綜上所述，作者合成了A-DA′D-A結構的小分子納米Y16-Pr-PEG NPs，并將其應用于腫瘤治療診斷學。Y16-Pr-PEG NPs表現出優異的PTT效應，PCE高達82.4%。此外，Y16-Pr-PEG NPs顯示出相對較高的1O2量子產率（8.3%），促進了PTT。Y16-Pr-PEG NPs還具有罕見的I型PDT能力。由于PTT性能，Y16-Pr-PEG NPs可以應用于PAI，NIR-II FLI/PAI的協同治療，以提供更準確的腫瘤信息。最后，Y16-Pr-PEG NPs顯示出增強的體內抗腫瘤效率，表明Y16-Pr-PEG NPs是FLI / PAI雙模成像引導的協同抗腫瘤治療的有希望的候選者。

參考文獻

ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (16), 18043-18052. DOI: 10.1021/acsami.1c22444

?? ?? ??

近紅外二區小動物活體熒光成像系統 - MARS 

NIR-II in vivo imaging system

高靈敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相機，活體穿透深度高于15mm

高分辨率 - 定制高分辨大光圈紅外鏡頭，空間分辨率優于3um

熒光壽命 - 分辨率優于 5us

高速采集 - 速度優于1000fps （幀每秒）

多模態系統 - 可擴展X射線輻照、熒光壽命、一區熒光成像、原位成像光譜，CT等

顯微鏡 - 近紅外二區高分辨顯微系統，兼容成像型光譜儀

有不同型號的樣機可以測試，請聯系：

艾中凱(博士)

132 6299 1861

?? ?? ??

 恒光智影

          上海恒光智影醫療科技有限公司，專注于近紅外二區成像技術。致力于為生物醫學、臨床前和臨床應用等相關領域的研究提供*的、一體化的成像解決方案。自主研發近紅外二區小動物活體熒光成像系統-MARS。

          與基于可見光波長的傳統成像技術相比，我們的技術側重于X射線、紫外、紅外、短波紅外、太赫茲范圍，可為腫瘤學、神經學、心血管、藥代動力學等一系列學科的科研人員提供清晰的成像效果，助力科技研發。

          同時，恒光智影還具備探針研發能力，我們已經成功研發了超過15種探針，這些探針將廣泛地應用于眾多生物科技前沿領域的相關研究中。

??關注我們，查看更多近紅外二區活體成像應用案例??