一種釋放NO的AIE納米平臺實(shí)現(xiàn)NIR-II熒光成像引導(dǎo)光動力/光熱/氣體聯(lián)合治療

本文要點(diǎn)：光療法結(jié)合光熱治療（PTT）與光動力治療（PDT），為癌癥治療提供了具有吸引力的策略。一氧化氮（NO）可作為重要輔助手段克服光療法的局限性，而熒光成像能實(shí)現(xiàn)治療劑的實(shí)時體內(nèi)追蹤，從而優(yōu)化治療時間窗并改善療效。本文設(shè)計(jì)與合成了一種多功能納米材料平臺（TBN），該平臺通過兩親性聚合物F127封裝小分子聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）光敏劑（TDPB）與熱響應(yīng)型一氧化氮供體（BNN6）。TBN能通過結(jié)合PDT、PTT與NO療法，實(shí)現(xiàn)近紅外二區(qū)熒光成像（FLI）引導(dǎo)的多模式癌癥治療。體外與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均明確證實(shí)，TBN能在保持優(yōu)異生物相容性的同時實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)腫瘤靶向與有效消融。本研究為設(shè)計(jì)具有更高治療精度與療效的多功能治療納米平臺提供了新策略。

小動物活體成像儀

方案1.（a）TDPB和BNN6的化學(xué)結(jié)構(gòu)（b）TBN形成和體內(nèi)NIR-II FLI引導(dǎo)的三模式治療應(yīng)用的示意圖

研究者設(shè)計(jì)并合成了一種新型有機(jī)光治療診斷分子TDPB，通過結(jié)合辛氧基取代三苯胺（OTPA）作為電子供體，具有供體-受體-供體（D-A-D）結(jié)構(gòu)（方案1a）。這種分子設(shè)計(jì)使TDPB在聚集時表現(xiàn)出強(qiáng)烈的NIR-II熒光，以及優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率和有效的羥基自由基（•OH）生成。為了增強(qiáng)其治療效果，TDPB與兩親性聚合物F127和熱敏NO供體BNN6共組裝形成TBN納米顆粒。在808 nm激光照射下，TBN同時產(chǎn)生羥基自由基和熱量，同時觸發(fā)BNN6對NO的受控釋放，從而實(shí)現(xiàn)PDT、PTT和氣體治療的聯(lián)合。對4T1荷瘤小鼠的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，TBN有效抑制腫瘤生長，同時實(shí)現(xiàn)用于腫瘤定位和治療監(jiān)測的實(shí)時 NIR-II 熒光成像（方案1b）。這項(xiàng)工作引入了一種新的多功能納米平臺，該平臺集成了成像引導(dǎo)的三峰療法，為增強(qiáng)癌癥治療提供了有效的策略。

圖1. TDPB和TBN性能表征

為評估其光物理特性，本文系統(tǒng)研究了TDPB的光學(xué)性質(zhì)。TDPB在THF溶液中顯示出最大吸收波長為773 nm的寬譜帶吸收（圖1a），其近紅外二區(qū)發(fā)射峰位于1055 nm（圖1b）。通過監(jiān)測TDPB在THF/H?O混合溶劑中隨水含量（fw）變化的光致發(fā)光（PL）光譜（圖1c），發(fā)現(xiàn)當(dāng)fw增至30%時PL強(qiáng)度基本不變，而當(dāng)fw提升至90%時，由于探針溶解性逐漸降低，PL強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，證實(shí)了TDPB的典型聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）特性。采用Gaussian 16程序在B3LYP/6-311G**水平進(jìn)行的密度泛函理論（DFT）計(jì)算顯示（圖1d），TDPB的最高占據(jù)分子軌道（HOMO）電子密度分布于整個共軛骨架，而未占分子軌道（LUMO）主要由缺電子TiTP單元主導(dǎo)，這種特征表明存在顯著的D-A相互作用與分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，有利于紅移發(fā)射。其單重態(tài)-三重態(tài)能隙（ΔEST）為0.535 eV（圖1e），表明高效的系間竄越（ISC）潛力，從而促進(jìn)活性氧（ROS）生成。特別值得注意的是，TDPB從三重態(tài)（T1）到基態(tài)（S0）的能量差（0.606 eV）小于氧光敏化所需閾值0.98 eV，提示其可通過I型機(jī)制作為高效光敏劑產(chǎn)生ROS。

圖2. TBN光物理和光熱表征

采用2′,7′-二氯二氫熒光素二乙酸酯（DCFH-DA）和羥基苯基熒光素（HPF）分別檢測總活性氧（ROS）與羥基自由基（•OH）的生成。在808 nm激光照射（0.8 W cm?2持續(xù)240秒）下，含TBN組的DCFH-DA在525 nm處熒光強(qiáng)度增強(qiáng)約5倍，而空白對照組僅顯示可忽略的變化，證實(shí)TBN具有強(qiáng)效ROS生成能力（圖2a）。通過HPF與•OH的特異性反應(yīng)，TBN溶液經(jīng)10分鐘808 nm照射后525 nm處熒光強(qiáng)度提升約3倍，而單一HPF對照組無顯著變化，明確驗(yàn)證了TBN的•OH生成功能（圖2b）。電子順磁共振（EPR）譜進(jìn)一步證實(shí)•OH的產(chǎn)生：如圖2c所示，DMPO與TBN在808 nm照射下呈現(xiàn)特征性1:2:2:1四重峰信號，而對照組無共振峰，表明TBN通過I型光動力途徑高效產(chǎn)生活性氧。

光熱性能評估顯示，TBN溶液（12.5-50 μg/mL）在808 nm激光（0.8 W cm?2）照射10分鐘后呈現(xiàn)濃度依賴性升溫，50 μg/mL組溫度達(dá)42.7°C，顯著高于對照組水溫（27.5°C）（圖2d）。不同功率密度（0.5-1 W cm?2）照射下，溫度上升與激光強(qiáng)度呈正相關(guān)（圖2e）。經(jīng)五次升降溫循環(huán)后TBN仍保持穩(wěn)定光熱性能（圖2f），其光熱轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)49.8%（圖2g），表明其適用于光熱治療。相較于已報(bào)道的納米制劑，TBN兼具高PCE與量子產(chǎn)率優(yōu)勢，凸顯其作為近紅外二區(qū)成像引導(dǎo)治療材料的潛力。

圖3. 不同測試條件下TN或TBN處理細(xì)胞的存活率

TN和TBN（0-50 μg/mL）在無光照條件下均表現(xiàn)出良好生物相容性（圖3a-b）。808 nm激光單獨(dú)照射對L929細(xì)胞無顯著毒性。DCFH-DA檢測顯示，TN/TBN+激光組4T1細(xì)胞產(chǎn)生綠色熒光，證實(shí)其光誘導(dǎo)ROS生成能力（圖3c）。DAF-FM DA探針證實(shí)僅TBN+激光組能觸發(fā)NO釋放（圖3d）。CCK-8實(shí)驗(yàn)表明，808 nm照射（0.8 W cm?2，8分鐘）后，TBN對4T1細(xì)胞的殺傷效果（存活率<10%）顯著優(yōu)于TN組，這歸因于BNN6介導(dǎo)的氣體療法協(xié)同作用（圖3b）?；?死細(xì)胞染色顯示TBN+激光組死亡細(xì)胞信號（圖3e）。通過添加Vc或冰浴驗(yàn)證了光熱-光動力的協(xié)同機(jī)制。

圖4. 靜脈注射TBN后小鼠的NIR-II熒光成像

基于優(yōu)異的體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究者開展了近紅外二區(qū)熒光成像（NIR-II FLI）研究。如圖4a所示，小鼠全身血管結(jié)構(gòu)在NIR-II圖像中清晰可辨，后肢靜脈成像信背比（SBR）達(dá)1.48（圖4b-c）。為評估TBN對淋巴系統(tǒng)的標(biāo)記性能，足墊注射后成功顯影腘窩淋巴結(jié)及兩條淋巴管，最大SBR為2.77（圖4d-e）。通過4T1荷瘤小鼠48小時活體成像實(shí)驗(yàn)，靜脈注射TBN后腫瘤部位熒光強(qiáng)度逐漸升高，24小時達(dá)到峰值（圖4f-g），表明EPR效應(yīng)介導(dǎo)的腫瘤高效蓄積。注射24小時后實(shí)施光療以獲得最佳療效，離體器官成像顯示腫瘤組織熒光信號，肝臟和脾臟亦有分布（圖4h），驗(yàn)證了TBN作為腫瘤靶向診療納米探針的應(yīng)用潛力。

圖5. 光熱治療實(shí)驗(yàn)

基于TBN在體外實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)的優(yōu)異腫瘤細(xì)胞殺傷效果及高效的腫瘤蓄積能力，研究者進(jìn)一步在4T1荷瘤BALB/c小鼠模型中評估其光治療效果。首先對健康小鼠背部皮膚進(jìn)行808 nm激光（0.8 W cm?2，8分鐘）單獨(dú)照射，48小時后明場成像和H&E染色顯示與未處理組相比無可見損傷或組織病理學(xué)異常（圖S22、S20d）。通過紅外熱像儀監(jiān)測腫瘤區(qū)域溫度變化發(fā)現(xiàn)，PBS組小鼠照射8分鐘后僅輕微升溫，而TN和TBN治療組腫瘤溫度顯著升至約55°C（圖5a），證實(shí)TBN能實(shí)現(xiàn)腫瘤選擇性遞送并有效誘導(dǎo)NO釋放造成不可逆細(xì)胞損傷[51]。

為系統(tǒng)評估抗癌效果，將荷瘤小鼠隨機(jī)分為PBS、TN、TBN、TN+L和TBN+L五組。靜脈注射24小時后對腫瘤部位進(jìn)行808 nm激光照射（0.8 W cm?2，8分鐘），連續(xù)14天隔日監(jiān)測腫瘤體積和體重（圖5b-c）。結(jié)果顯示：對照組腫瘤持續(xù)增長；TN和TBN組憑借TDPB分子的光療優(yōu)勢顯著抑制腫瘤生長；TBN+L聯(lián)合治療組表現(xiàn)出抑瘤效果，證實(shí)光療與NO治療的協(xié)同作用。治療期間各組小鼠體重?zé)o顯著變化（圖5c），終期取材顯示TBN+L組腫瘤低（圖5d-e），H&E染色可見該組腫瘤細(xì)胞廣泛壞死，而缺乏NO療法的TN+L組損傷程度較輕（圖5f）。TBN兼具的生物相容性與腫瘤抑制效能，具備良好的體內(nèi)癌癥治療潛力。

參考文獻(xiàn)

Zhang S, Zhou W, Zhou W, et al. A NIR-II AIE luminogen based nanoplatform with nitric oxide controlled release properties for NIR-II fluorescence guided combined photodynamic/photothermal/gas therapy[J]. Dyes and Pigments, 2025: 113060.

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動物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS 

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