本文要點(diǎn)：本文設(shè)計(jì)并制備了一種放射性標(biāo)記的基于聚集誘導(dǎo)發(fā)光光源（aiegens）的有機(jī)光熱劑（optas），用于pet/熒光成像引導(dǎo)的雙峰乳腺腫瘤光熱治療。制備的多功能納米粒子(68ga-tpa-ttinc nps)具有nir-ii熒光、γ輻射和光熱轉(zhuǎn)化特性，在體外可被腫瘤細(xì)胞有效吸收并誘導(dǎo)活性氧爆發(fā)，能進(jìn)一步促進(jìn)體內(nèi)腫瘤的光熱治療。更重要的是，該納米探針可以通過pet和nir-ii熒光成像靶向并清晰地顯示4t1腫瘤異種移植物，瘤肌比高達(dá)4.8，為乳腺腫瘤治療提供了一種很有前景的工具和解決方案。近紅外二區(qū)小動物活體熒光成像系統(tǒng) - mars
引言：
近年來，光熱療法(photothermal therapy, ptt)作為一種依靠光激活引起腫瘤組織熱療的療法受到了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的optas相比，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，aiegens具有優(yōu)越的光穩(wěn)定性和高光熱轉(zhuǎn)換效率（pce）。此外，基于aiegens的有機(jī)光熱機(jī)可以被封裝到兩親性聚合物中，形成水溶性納米顆粒(nps)，供體外和體內(nèi)使用。aiegens通常在可見光(400-700 nm)和近紅外一區(qū)(nir-i, 700-900nm)區(qū)域發(fā)出明亮的熒光。
然而，通過在特定的共軛結(jié)構(gòu)中引入強(qiáng)電子供體(d)和受體(a)單元，具有d-a-d和a-d-a結(jié)構(gòu)的aiegens表現(xiàn)出很強(qiáng)的光敏能力。這些aiegens可以通過偶極子輻射躍遷將部分光子能量從激發(fā)光轉(zhuǎn)化為nir-ii熒光(1000-1700 nm)，從而實(shí)現(xiàn)更深的組織穿透和高分辨率成像。最近報(bào)道的采用d-π-a結(jié)構(gòu)的nir-ii型aiegens具有優(yōu)異的熒光發(fā)射和pce，為設(shè)計(jì)具有平衡熒光和ptt效率的aiegens提供了很好的例子。此外，這些aiegens用于nir-ii熒光成像引導(dǎo)的乳腺腫瘤ptt，治療效果良好。
特異性放射性示蹤劑的正電子發(fā)射斷層掃描(pet)是一種非常靈敏的臨床疾病診斷成像技術(shù)，具有無限的組織穿透性。我們開發(fā)了一種具有nir-i發(fā)射的放射性標(biāo)記aiegen，用于具有有效細(xì)胞攝取的乳腺腫瘤細(xì)胞的pet/熒光成像。
結(jié)果與討論：
1：有機(jī)光熱劑tpa-tting合成路線如圖1所示
圖1
圖2
為了評估tpa-ttinc的物理性質(zhì)，圖2各圖分別測量了(a)tpa-ttinc在dmso中的吸收光譜。(b) tpa-ttinc在不同甲苯組分的dmso/甲苯混合物中的發(fā)射光譜。λex = 615 nm。(c) 750 nm激光(0.5 w/cm2)照射27 min，自然冷卻后，tpa-ttinc在dmso中的溫度分布。(d) dls和tem分析tpattinc nps的大小分布。比例尺:50 nm。(e) tpa-tting在水中的吸收和發(fā)射光譜。(f) 750 nm激光(0.5 w/cm2)照射22 min后水中tpa-ttinc nps的溫度分布，隨后自然冷卻，冷卻時(shí)間與tpa-ttinc nps驅(qū)動力溫度負(fù)自然對數(shù)的線性擬合。圖2c表明其光熱轉(zhuǎn)換效率較強(qiáng)。
圖3
團(tuán)隊(duì)針對aiegen tpa-ttinc水溶性差和腫瘤靶向能力不足的問題，采用納米沉淀法將其封裝為兩親性聚合物dspe?mpeg2k，形成水溶性納米顆粒（nps），通過增強(qiáng)的滲透和保留epr效應(yīng)，可有效被腫瘤攝取。
然后，通過共聚焦激光掃描顯微鏡(clsm)成像評估tpa-ttinc nps在4t1細(xì)胞中的細(xì)胞成像性能和細(xì)胞攝取。如圖3a所示，lyso-tracker green的綠色發(fā)射揭示了溶酶體的位置，紅色發(fā)射顯示了線粒體的位置，而tpa-ttinc nps的藍(lán)色發(fā)射與綠色發(fā)射和紅色發(fā)射重疊，系數(shù)分別為0.75和0.58。結(jié)果表明，aie nps被4t1細(xì)胞有效攝取，主要積累在4t1細(xì)胞的溶酶體和線粒體中。細(xì)胞成像顯示溶酶體和線粒體可能是腫瘤治療的有用靶標(biāo)。
如圖3b顯示在aie nps孵育4小時(shí)后，激光照射4t1細(xì)胞10分鐘后，4t1細(xì)胞出現(xiàn)強(qiáng)烈的紅光發(fā)射，并且隨著激光功率密度的增加，4t1細(xì)胞中紅光發(fā)射的比例增加，這表明tpa-ttinnc nps對癌細(xì)胞具有良好的光消融能力。
如圖3c所示，aie+激光組可見明顯的綠色熒光，而其他組未見明顯的熒光。aie+激光組熒光更亮，激光功率更強(qiáng)。結(jié)果顯示，激光照射或單獨(dú)aie nps處理的4t1細(xì)胞大部分保持正常狀態(tài)，而隨著激光功率密度的增加，凋亡和壞死細(xì)胞的比例顯著升高，說明tpa-ttinc nps在激光照射下可有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡和壞死。
圖4
如圖4a所示，靜脈注射tpa-ttinc nps后，腫瘤部位的熒光信號在5小時(shí)內(nèi)穩(wěn)步增強(qiáng)，并逐漸減弱。腫瘤/肌肉熒光信號比在注射后5小時(shí)呈現(xiàn)相同的趨勢，zui大值為~4.8，可視為進(jìn)一步治療電導(dǎo)的理想時(shí)間點(diǎn)(圖4b),離體組織成像顯示，tpa-ttinc nps主要聚集在肝臟、脾臟、肺、腎臟和腫瘤(圖4c), h&e染色進(jìn)一步證實(shí)了腫瘤組織的病理組織學(xué)改變，紅色染色的膠原纖維包裹著致密的4t1腫瘤細(xì)胞，有絲分裂核仁(圖4d)。如圖3e所示，注射68ga-tpa-ttinc nps后，主要器官的γ信號在3小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定，而腫瘤部位的γ信號在0.5 - 3小時(shí)內(nèi)逐漸增強(qiáng)，說明68ga-tpa-ttinc nps具有腫瘤蓄累性和靶向性。生物分布分析顯示，放射性標(biāo)記的nps主要積聚在肝、肺、腎和腫瘤中(圖4f)，這與熒光成像結(jié)果一致。腫瘤/肌肉比從0.5 h時(shí)的1.37±0.16迅速增加到1 h時(shí)的1.97±0.56，并在隨后的2 h內(nèi)保持相對穩(wěn)定(圖4g)，表明注射的nps對腫瘤有有效的吸收和保留。
圖5
如圖5a所示，注射pbs(第1行)或tpattinc nps(第三行)后，腫瘤表面溫度保持穩(wěn)定，而激光單獨(dú)照射(第二行)時(shí)，腫瘤表面溫度在10分鐘內(nèi)從29.4℃緩慢升高到38.1℃，tpa-ttinc nps聯(lián)合激光照射(第四行)時(shí)，腫瘤表面溫度在10分鐘內(nèi)從28.4℃迅速升高到55℃左右。不同組溫度隨時(shí)間的變化如圖5b所示。3個(gè)對照組的腫瘤體積穩(wěn)步增大，而“aie+激光”組的腫瘤在觀察期內(nèi)受到明顯抑制和明顯縮小(圖5c)。如圖4e所示，對照組腫瘤大小相似，而“aie+激光”治療的實(shí)驗(yàn)組腫瘤大小要小得多，說明tpa-ttinc nps光熱治療效果強(qiáng)。h&e染色進(jìn)一步顯示“aie+激光”組對腫瘤組織的治療效果，組織損傷較大，而其他組的形態(tài)和細(xì)胞核(藍(lán)色染色)保持正常(圖5f)。
圖6
圖6的ab證明了證實(shí)了經(jīng)tpa-ttinc nps擴(kuò)增的ptt對腫瘤破壞的有效性和體內(nèi)使用的良好生物相容性。
討論：
文獻(xiàn)報(bào)道了一種基于nir-ii aiegen的納米探針，用68ga進(jìn)行放射性標(biāo)記，用于熒光/pet雙峰成像引導(dǎo)的乳腺癌光熱治療。利用甲氧基取代的tpa基團(tuán)和吲哚基團(tuán)作為強(qiáng)電子給體和受體構(gòu)建了aiegen (tpa-tting)，其du特的d-π-a結(jié)構(gòu)使其在1000 nm處具有較強(qiáng)的紅/近紅外光吸收和nir- ii發(fā)射。過納米沉淀法形成聚合物包封納米粒子(tpa-ttinc nps)后，aie nps的光物理性質(zhì)保持不變。為了增強(qiáng)對深層組織的穿透能力，納米探針與放射性核素68ga進(jìn)行了螯合，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的生物成像功能和較強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)換效率。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，tpa-ttinc nps在激光照射下可被腫瘤細(xì)胞有效攝取，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡和壞死。另一方面，體內(nèi)pet/nir-ii成像研究證實(shí)，tpattinc nps具有較強(qiáng)的腫瘤靶向性和蓄積能力，腫瘤/肌比高達(dá)4.8。經(jīng)過關(guān)鍵性和系統(tǒng)性的生物安全性研究，激光照射下注射tpa-ttinc nps后，4t1荷瘤小鼠腫瘤體積大幅縮小95.5%，顯示出較強(qiáng)的光熱治療效果。因此，pet/nir-ii aiegen納米探針用于4t1腫瘤小鼠模型的雙峰成像和光熱治療，可能會激發(fā)更多的研究進(jìn)展，開發(fā)多峰、多功能aie探針用于臨床治療。
參考文獻(xiàn)
yu, k.; huang, h.; zhang, h.; he, q.; fu, z.; zhang, h.; zhang, q.; mao, z.; tian, m., radiolabeled aie probes as dual-modality imaging agents for pet/nir-ii fluorescence-guided photothermal therapy. chem asian j 2023, 18 (11), e202300189.
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近紅外二區(qū)小動物活體熒光成像系統(tǒng) - mars
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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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恒光智影
上海恒光智影醫(yī)療科技有限公司，被評為上海市“科技創(chuàng)新行動計(jì)劃”科學(xué)儀器領(lǐng)域立項(xiàng)單位。
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