Advanced Therapeutics:发射超过1300 nm的近红外荧光/光声试剂用于肿瘤光热治疗

荧光成像是近年快速发展起来的新型分子影像技术,具有特异性强、灵敏度高等优点,已被广泛地应用于化学、生物、医学等领域。作为荧光成像的关键材料,近红外有机功能染料扮演了十分重要的角色。一方面,近红外荧光信号具有较低的背景干扰和较强的组织穿透深度,可以有效提高在生物活体及组织中的成像效果;而且近红外有机功能染料可用作光热试剂,将光能转化成热能用于肿瘤的非侵入性治疗。另一方面,将近红外(NIR-I:700-900 nm;NIR-II:1000-1700 nm)荧光染料与高空间分辨率超声检测及高对比度光学影像的光声成像技术进行有机结合,能够从大多数组织中采集分子信息,大大提高组织成像的特异性、穿透深度及空间分辨率。因此,开发兼具高光热转换效率、低毒性的长波长吸收/发射的成像治疗一体化试剂,用于深层组织的荧光/光声双模态精准成像以及成像引导的肿瘤光热治疗具有十分重要的意义。

苯并双噻二唑(BBTD)作为最常用的电子受体之一,已被广泛用于构建具有D-A-D型电子特征的功能性NIR-II区荧光试剂。然而,目前基于BBTD骨架的荧光试剂的最强吸收和最大发射波长仍较短,绝大多数集中在700-850和1000-1100 nm左右。因此,为了进一步提升组织成像的穿透深度及光热转化效率,荧光试剂的吸收和发射进一步红移势在必行。为此,华中师范大学杨光富教授和尹军教授团队在已报道的近百例BBTD分子的基础上,通过全面分析它们的分子结构与光物理性质之间的关系,提出了一种新的荧光探针分子设计策略:调控BBTD骨架两端的电子供体能力以及共轭单元的平面性来调控吸收波长和荧光发射。基于此,他们成功地设计合成了一个最强吸收在942 nm的新型NIR荧光试剂,其荧光覆盖的区域超过了1500 nm,最强荧光发射达到了1302 nm,这是目前所报到的荧光发射最远的BBTD型荧光探针。此外,该试剂显示了良好的光热效应和光声信号。

随后,PEG包裹该试剂形成的纳米粒子可用于小鼠活体成像。通过尾静脉注射后,利用NIR-II区荧光成像系统和光声成像系统可以观察到其荧光信号和光声信号均在12 h后达到最强,随后逐渐减弱。在肿瘤模型中,通过尾静脉注射后的纳米粒子能够有效地富集于小鼠肿瘤区域,并在808 nm激光照射下,能够完全实现肿瘤的热消融。该研究对于开发具有更远波长的NIR-II区荧光试剂具有很好的指导作用。相关研究结果发表在Advanced Therapeutics(DOI:10.1002/adtp.202000170)上。

Fengying Ye, Weijing Huang, Chonglu Li, Guangjin Li, Wen-Chao Yang, Sheng Hua Liu, Jun Yin; Yao Sun, Guang-Fu Yang. Near-Infrared Fluorescence / Photoacoustic Agent with An Intensifying Optical Performance for Imaging-Guided Effective Photothermal Therapy. Adv. Therap. 2020, 2000170.