近几十年来，光热疗法（PTT）取得巨大进展，其中用于癌症治疗也得到飞速发展，不同PTT试剂也应运而生。近几年来，人们致力于开发具有近红外（NIR）效应的PTT试剂，目前开发的障碍在于近红外第二窗口（NIR-II）材料的稀缺，该材料可实现深层组织穿透，使副作用最小化，现阶段报道的NIR-II材料光热转化效率仍较低。最近，河南大学黄永伟和香港城市大学王立代、李振声合作:首次使用有机共轭小分子，仅替换一种原子，其PTT效应便可以到达NIR-II区域，对应纳米颗粒的体内外实验证实其具有高效的肿瘤治疗能力，光热转换效率达77%，目前效率最高。该成果以“Rational Design of Conjugated Small Molecules for Superior Photothermal Theranostics in the NIR-II Biowindow”为题于2020年7月6日发表在《Advanced Materials》。
如图1a，以芴为供体单元合成D-π-A-π-D型共轭小分子（IR-TT、IR-TS、IR-SS）；图1b所示，当S原子被取代后，最大吸收波长分别红移至930、1060nm；光学带隙也随着降低（图1c）。
[纳米颗粒的制备与光热稳定性、光热效率测试]
利用纳米沉淀法将上述三个分子组装成纳米颗粒（NPs），以两亲性共聚物DSPE-PEG2000为基质来增强稳定性和延长血液循环，包封率为88%（图2a）；TEM显示所有NPs呈现均匀的球形结构（图2b）；IR-TT、IR-TS和IR-SS NPs的最大吸收波长分别在830、975和1120 nm处（图2d）；通过红外热像仪研究其光热转化能力，发现所有NPs温度呈现快速上升趋势，并在辐照5min后分别达到47.8、64.0和69.1℃（图2e），相应红外图像如图2f所示；且发现IR-SS NPs在温度分布上具有明显的浓度依赖性（图2g）；在5次循环实验后，IR-SS NPs无明显光热特性改变（图2h），吸收光谱与颗粒尺寸细微改变，表明其具有优秀的光热稳定性。IR-TT、IR-TS和IR-SS NPs的光热转换效率（PCE）分别为61%、73%和77%（图2i），将IR-SS NPs与近期报道的NIR-II PTT试剂比较，展现其优秀的光热转化效率（图2j）。
[体外光热性能测试]
接着，他们对IR-SS NPs体外光热性能进行评估。图3a所示，在没有辐照下，不同浓度的IR-SS NPs处理的人肺癌（A549）细胞即使在50µg mL−1的高浓度下，其存活的影响也可忽略不计，表明IR-SS NPs具有良好的生物安全性；在NIR-II光照射下，IR-SS NPs处理的A549细胞表现出显着的光热诱导的杀伤作用；在小鼠乳腺癌（4T1）细胞中进一步得到证实（图3b）。通过激光扫描共聚焦显微镜发现在1064nm辐照下，IR-SS NPs处理后的A549细胞呈现完全的红色荧光，表明细胞全部死亡。上述实验证明IR-SS NPs具有良好的生物安全性与高PTT效果。
[光声PA成像测试]
使用IR-SS NPs作为探针进行了光声（PA）成像实验。将NPs填充的毛细管埋入鸡胸组织不同深度后进行成像。图4f显示了PA图像（红色）与超声图像（黑白图像）的叠加；图4g显示了不同厚度鸡胸组织下毛细管的PA强度，说明了IR-SS NPs在NIR-II PA性能方面的优越性。对静脉注射IR-SS NPs的小鼠进行了体内PA成像，如图4h，i所示，肿瘤的PA信号在注射后12小时增加到最大值，然后在24小时后下降，表明IR-SS NPs具有良好的肿瘤靶向性能。
[体内TPP性能测试]
为进一步探讨IR-SS NPs在荷瘤小鼠体内的TPP能力。图5a、b所示，在治疗5min内，肿瘤处温度从34℃迅速升至65℃，完全满足肿瘤热疗要求，与之对比PBS处理的小鼠只出现低幅度升温。将荷瘤小鼠分为四组（PBS组、NPs组、激光组和NPs+激光组），注射12h后进行1064nm辐照，5min后，如图5c、d所示，PBS组、激光组和NPs组的肿瘤生长速度相似，NPs+激光组的小鼠表现出几乎完全的肿瘤抑制，并且没有任何肿瘤复发情况（图5e），图5f表明IR-SS NPs在肿瘤部位具有优秀的PTT治疗能力。
[小结]
研究者仅对原子进行简单修饰便可得到具有良好的光声响应、光热治疗效果和体内外生物相容性与安全性的有机共轭小分子，其效率达77%，为肿瘤靶向光热治疗提供了有力的手段，在NIR-II纳米医学的发展路上迈出巨大的一步！
全文链接：
