本文要點：在近紅外二區(qū)范圍下進行光熱治療和在NIR-IIb區(qū)域熒光成像已成為光療診斷學中有前途的技術。它們的組合能夠同時實現(xiàn)高分辨率光學成像和深穿透光療，這對于高性能光療診斷學至關重要。因NIR-IIb區(qū)熒光成像具有低組織自發(fā)熒光、較少的光子散射和深組織穿透的優(yōu)點，故其已經(jīng)作為一種新型體內熒光成像技術。與其他材料相比，稀土基納米粒子具有優(yōu)異的生物相容性的光學特性，近年來已成為高效的 NIR-IIb 成像劑。

本文首先合成了具有供體-受體-供體（D-A-D）型結構的羧基官能化有機小分子（Se-TC），設計并成功制備了具有顯著NIR-IIb發(fā)射的多層稀土納米粒子（RENP）。然后，通過Se-TC和RENP之間的配位以及隨后的F127封裝，構建了水溶性有機-無機混合納米光療診斷劑。

Se-TC的羧基可為稀土摻雜的納米顆粒提供強大的結合親和力，這有助于提高所獲得的Se-TC@RENP@F在水溶液和血液中的穩(wěn)定性。Se-TC@RENP@F表現(xiàn)出優(yōu)異的NIR-II吸收，以及出色的光穩(wěn)定性。在1064 nm激光照射下，可以實現(xiàn)高達36.9%的PCE值，表現(xiàn)出突出光熱效應，能夠有效的抑制腫瘤生長。

通過DLS確定流體動力學直徑為約110 nm（圖2a）。值得注意的是，Se-TC@RENP@F顯示出高穩(wěn)定性（圖2b）。此外，作者分析了Se-TC@RENP@F的熒光光譜（圖2c），Se-TC@RENP@F發(fā)射出顯著的NIR-IIb熒光信號。此外，Se-TC@RENP@F的優(yōu)異的光穩(wěn)定性也通過連續(xù)激光照射得到證實（圖2d）。

隨后，作者研究了Se-TC@RENP@F的NIR-II可激發(fā)光熱轉換能力。用1064 nm激光照射5分鐘， Se-TC@RENP@F的溫度升高至60.3℃，但純水溫度的升高忽略不計（圖3a）。同時，隨著濃度的增加，可以實現(xiàn)更高的溫度升高。收集不同濃度的Se-TC@RENP@F的紅外（IR）圖像，并用于證明相應的溫度變化（圖3b）。此外，探究了 Se-TC@RENP@F在具有不同激光強度的激光照射下的光熱效應（圖3c）。其的光熱效應表現(xiàn)出激光強度依賴性，即激光的功率密度越高，樣品溫度越高。Se-TC@RENP@F在四個加熱/冷卻循環(huán)后保持可忽略的溫度變化，表明Se-TC@RENP@F在實驗條件下具有優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性（圖3d）。基于加熱/冷卻循環(huán)，Se-TC@RENP@F在1064 nm處的PCE計算為36.9%（圖3e、f）。

圖3. 通過改變（a）SeTC@ RENP @F濃度（1064 nm激光照射）和（c）激光強度來評估Se-TC@ RENP @F的光熱效應 (b) 不同濃度的Se-TC@RENP@F的IR熱圖像。（d）Se-TC@RENP@F的光熱穩(wěn)定性的評價。(e)Se-TC@RENP@F和水在1064 nm激光照射下的溫度變化曲線，然后在沒有激光的情況下自然冷卻。(f)線性冷卻時間與?ln（θ）的關系，由（e）的冷卻時間獲得

接下來，作者研究了Se-TC@RENP@F的生物安全性。如圖4a所示，Se-TC@RENP@F對NIH-3T3正常細胞表現(xiàn)出可忽略的細胞毒性，表明其在體外具有良好的生物安全性。在將Se-TC@RENP@F注射到健康小鼠中后，發(fā)現(xiàn)可忽略的體重減輕，進一步表明Se-TC@RENP@F在體內具有良好的生物安全性。在此基礎上，作者研究了Se-TC@RENP@F對HeLa癌細胞的體外光熱消融作用。根據(jù)MTT測定的結果（圖4 b），在沒有激光照射的情況下觀察到Se-TC@RENP@F的毒性不明顯。然而，在1064nm激光照射下，由于Se-TC@RENP@F的光熱效應，HeLa細胞的存活率明顯降低，且呈濃度依賴性。此外，通過活/死細胞染色測定來進一步證實Se-TC@RENP@F的體外治療效果。鈣黃綠素AM和PI分別用于對活細胞和死細胞進行染色。如圖4c所示，在沒有激光處理的情況下，用Se-TC@RENP@F孵育的細胞保持存活（寬綠色熒光），而Se-TC@RENP@F +激光組中的細胞幾乎被殺死（強紅色熒光）。這些數(shù)據(jù)證實了Se-TC@RENP@F的生物相容性和光熱治療能力。

圖4. （a）通過MTT測試 Se-TC@RENP@F 的生物相容性。通過(b) MTT 和 (c) 活/死細胞染色法評估 Se-TC@RENP@F 在1064納米激光照射下的處理效果

最后，研究了Se-TC@RENP@F的NIR-IIb熒光成像。檢查了不同濃度的Se-TC@RENP@F的體外NIR-IIb熒光強度（圖5a）。隨著濃度的增加，熒光強度和亮度均升高。然后，在異種移植HeLa腫瘤的小鼠中研究Se-TC@RENP@F的體內NIR-IIb FLI能力。小鼠靜脈注射Se-TC@RENP@F后5 min可觀察到血管結構（圖5 b）。通過將SeTC@RENP@F注射到其他小鼠中進一步測量在不同時間點的腫瘤區(qū)域的NIR-IIb信號強度。如圖5c、5d所示，由于納米顆粒通常通過網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)從血液循環(huán)中消除，Se-TC@RENP@F也逐漸在肝臟和脾臟中積累。因此，由于NIR-IIb區(qū)域中光子的高穿透性，這些深埋的器官可以被清楚地觀察到（圖5c）。

圖5. （a)不同濃度下Se-TC@RENP@F的NIR-IIb熒光強度和NIR-IIb亮度。(b)所選容器的半高全寬和SBR的測定。（插圖：Se-TC@RENP@F注射后5分鐘的NIR-II血管造影術）(c)基于Se-TC@RENP@F的小鼠在不同時間點的NIR-IIb FLI（黃色圓圈代表腫瘤面積）。(d)腫瘤區(qū)域在不同時間點的NIR-IIb信號強度。

目前，在NIR-IIb區(qū)域的熒光成像和在NIR-II窗口的光熱治療已經(jīng)成為目前光療法中探索最多的方面。它們的結合被認為是成像引導光療有前途的方法之一。作者合理地設計并成功開發(fā)了高性能的混合型光電轉換器Se-TC@RENP@F納米制劑，特別是用于NIR-IIb-FLI引導的NIR-II激發(fā)的PTT。納米試劑基于新型羧基官能化小分子Se-TC、稀土基NIR-IIb熒光團RENP和兩親性嵌段共聚物F127。在1064nm激光照射下，可以實現(xiàn)高達36.9%的PC，有效抑制腫瘤細胞生長。Se-C@RENP@F實現(xiàn)清晰的血管成像和準確的腫瘤診斷。總體而言，本研究為設計用于癌癥診斷和治療的納米制劑提供了一種概念驗證策略，并為開發(fā)各種高性能的光電納米制劑帶來了巨大的前景。

參考文獻

Wang, Q.; Zhang, X.; Tang, Y.; Xiong, Y.; Wang, X.; Li, C.; Xiao, T.; Lu, F.; Xu, M., High-Performance Hybrid Phototheranostics for NIR-IIb Fluorescence Imaging and NIR-II-Excitable Photothermal Therapy. Pharmaceutics 2023, 15 (8).

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近紅外二區(qū)小動物活體熒光成像系統(tǒng) - 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(yōu)于3um

熒光壽命 - 分辨率優(yōu)于 5us

高速采集 - 速度優(yōu)于1000fps （幀每秒）

多模態(tài)系統(tǒng) - 可擴展X射線輻照、熒光壽命、一區(qū)熒光成像、原位成像光譜，CT等

顯微鏡 - 近紅外二區(qū)高分辨顯微系統(tǒng)，兼容成像型光譜儀

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