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高效診療試劑用于NIR-II熒光成像及安全激光功率條件下**光熱治療

時(shí)間：2021-12-24 11:05:18       瀏覽：978

具有近紅外二區(qū)（NIR-II, 1000–1700 nm）熒光成像和光熱治療功能的診療試劑在臨床前研究和臨床實(shí)踐中具有巨大的潛力，但是開發(fā)此類具有較高有效NIR-II亮度和優(yōu)良光熱性能的診療試劑仍然具有挑戰(zhàn)性。


PTQ是一種主鏈具有給體-受體（D-A）交替結(jié)構(gòu)的共軛聚合物。與文獻(xiàn)中常采用強(qiáng)缺電子單元（如苯并雙噻二唑，BBTD）為受體來構(gòu)造NIR-II熒光材料的策略不同，PTQ利用共軛聚合物共軛長度長的優(yōu)勢，采用缺電子能力較弱的TQ單元作為受體即可實(shí)現(xiàn)吸收和發(fā)射的紅移。為了使PTQ可以應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域，該工作以DSPE-PEG2000為基質(zhì)、采用納米共沉淀的方法將PTQ制備成納米粒子，并將之命名為L1057 NPs。L1057 NPs在980 nm處的消光系數(shù)為18 L g?1 cm?1，高于文獻(xiàn)中的報(bào)道（2–10 L g?1 cm?1）；同時(shí)，L1057 NPs的最大發(fā)射峰值為1057 nm，其發(fā)射光譜絕大部分在近紅外II范圍內(nèi)，且在NIR-II范圍內(nèi)的熒光量子產(chǎn)率為1.25%。需要指出的是，有效NIR-II亮度由激發(fā)波長的消光系數(shù)、熒光量子產(chǎn)率、以及NIR-II范圍內(nèi)發(fā)射光譜占全譜的比例這三者的乘積所決定。通過對比表明，L057 NPs的有效NIR-II亮度遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)中所報(bào)道的絕大多數(shù)有機(jī)NIR-II探針。

圖1. PTQ及L1057 NPs的結(jié)構(gòu)示意圖、及其吸收和發(fā)射光譜

隨后，該工作通過NIR-II宏觀成像和顯微成像的方式驗(yàn)證其NIR-II熒光成像性能驗(yàn)證其活體成像能力。在小鼠全身血管成像中，能夠清晰顯示直徑約200微米的血管。在腦血管顯微成像中，即便是1.9微米的腦血管也能夠被清晰識別，具備較高的信噪比。對開顱鼠進(jìn)行腦血管層析成像，在980 nm激發(fā)下最深能探測至900微米，且具有較高的空間分辨率。
圖2. L1057 NPs在全身血管（宏觀成像）及腦血管（顯微成像）NIR-II熒光成像中的應(yīng)用

作為診療試劑，L1057 NPs在小鼠移植瘤模型上表明可以高效聚集在**位置，對**進(jìn)行良好示蹤。根據(jù)美國激光安全使用國家標(biāo)準(zhǔn)，808 nm激光的最大允許曝光量（MPE）為0.33 W/cm?2，而980 nm激光的MPE則為0.72 W/cm?2。目前絕大多數(shù)有機(jī)NIR-II熒光探針進(jìn)行光熱治療，均是利用808nm激光，再加上消光系數(shù)較低，導(dǎo)致所需激光功率密度遠(yuǎn)高于MPE，致使臨床應(yīng)用前景受限。L1057 NP不但具有較高的消光系數(shù)和光熱轉(zhuǎn)換效率（38%），還巧妙利用980 nm波長作為光熱治療激發(fā)光，展示出了比808 nm激光更為優(yōu)異且安全的治療效果。
圖3. L1057 NPs在**成像中的應(yīng)用

圖4. L1057 NPs在安全激光功率密度條件下的光熱治療

總之，L1057 NPs作為診療試劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：i）可在NIR-I和NIR-II范圍內(nèi)激發(fā)；ii）作為熒光試劑，L1057 NPs可在非常溫和的條件下實(shí)現(xiàn)NIR-II、NIR-IIa甚至NIR-IIb熒光活體成像；iii）作為光熱試劑，以980 nm為激發(fā)波長，在MPE的條件下可有效抑制**生長。


論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00043


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