Advanced Materials:光学诊疗领域的全能运动员:基于单一种AIE分子实现肿瘤的多模态成像和协同治疗

光学诊疗是一种利用光激活的激发态能量转化效应实现疾病诊断的同时进行原位治疗的新型诊疗模式,且其自身具有非侵入的独特优势,在癌症诊疗领域已经展现出巨大潜力。尽管目前光学诊疗技术得到了较大的提高,然而仅通过单一模态的光学成像或单一模态的光学治疗仍然很难达到高效地癌症诊疗效果。比如,荧光成像(FLI)技术虽然具有高的灵敏度,但其穿透深度和空间分辨力却欠佳;光声成像(PAI)技术虽能够提供足够的穿透深度和高的空间分辨能力,但其灵敏度却不高。光学疗法,包括光动力治疗(PDT)和光热治疗(PTT),已成为一种光可控、无创、有效的治疗手段,然而PDT/PTT单一模态的治疗效率往往受制于肿瘤微环境的乏氧性和热休克效应。基于此,开发多功能光学诊疗体系,对肿瘤同时进行多模态成像和协同治疗将是至关重要的。目前构建多模态光学诊疗系统最常用的策略是将具有单个功能的多种成分组合到一个纳米平台,然而这种all-in-one的方法不可避免地会受到成分复杂、重复性低和药代动力学不明确的限制,难以进行临床转化。

有鉴于此,香港科技大学唐本忠院士和深圳大学王东副教授报道了一种简单而强大的基于单个聚集诱导发光(AIE)分子的全能光诊疗法,只需一种分子就实现了多种诊断成像和协同治疗模式。基于设计的AIE分子具有强烈的电子供体(D)-受体(A)相互作用和精细可调的分子内运动的结构优势, 制备的纳米AIE同时展现出明亮的近红外二区(NIR-II)荧光发射、有效的活性氧产生以及高的光热转换效率,实现了辐射和非辐射能量耗散之间的平衡。此外,体内外研究均证实具有出色生物相容性、高通用性的全能型纳米AIE在NIR-II FLI-PAI-PTI三模式成像引导的PDT-PTT协同治疗中表现优异。值得一提的是,由于高效的PDT-PTT协同效应,在体内治疗过程中仅采用一次注射和一次激光照射,就达到了肿瘤彻底消除的效果。相关结果以“An All-Round Athlete on the Track of Phototheranostics: Subtly Regulating the Balance between Radiative and Nonradiative Decays for Multimodal Imaging-Guided Synergistic Therapy”为题,发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202003210)上。

在该工作中,研究者巧妙利用了AIE分子独特的结构优势:AIE分子结构中具有大量自由运动的振子或转子。已经证明,活跃的分子运动能够使激发态能量通过非辐射衰变以热耗散的方式消散,而限制分子运动可以使吸收的能量流向伴随荧光发射的辐射能量耗散途径。通过合理的结构设计,AIE分子在纳米状态下的运动将受到部分限制,这使得AIE分子成为平衡能量耗散的绝佳模板,用以开发多功能光诊疗剂。此外,研究者进一步通过调节分子D-A强度和处于聚集状态的分子运动,同时促进辐射和非辐射能量耗散途径,以实现光诊疗效果最大化。与传统的all-in-one方法相比,基于AIE分子的one-for-all策略在实现多模态光诊疗功能方面更为直接有效。因此,这项研究将为癌症多功能光诊疗平台的设计提供新的视角,并引发临床试验中诊疗学的最新发展。