CJChE丨大連理工大學 裴堯、王然、孫文等: 異靛藍納米顆粒用于光聲成像引導的腫瘤光熱治療
文章信息
Isoindigo nanoparticles for photoacoustic imaging guided tumor photothermal therapy
Yao Pei (裴堯), Ran Wang (王然), Xiang Rong (榮想), Xiang Xia (夏祥), Hexiang Wang (王鶴詳), Zongwei Zhang (張宗魏), Tian Qiu (邱添), Saran Long (龍颯然), Jianjun Du (杜健軍), Jiangli Fan (樊江莉), Wen Sun (孫文), Xiaojun Peng (彭孝軍)
Volume 72, August 2024, Pages 19-25
https://doi.org/10.1016/j.cjche.2024.05.010
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Chinese Journal of Chemical Engineering
研究背景
PTT被認為是一種先進的治療方式，能夠提供無創、精確、快速的疾病診斷和治療，可以通過調控外部激發光源的光劑量和光熱試劑的濃度，降低毒副作用，使周圍健康組織損傷最小化。PTT的治療手段是通過PTAs來實現的，采用對應波長的激發光照射PTAs，PTAs將吸收的光能轉化為熱量，使局部組織溫度升高，當超過腫瘤細胞承受的溫度閾值（42 ℃）時，殺傷腫瘤細胞。治療過程中，光熱效應會促進周圍組織的擴張，產生超聲波，轉化為光聲成像信號。PAI具有高分辨率和組織穿透深度，可以對病灶部位實時成像，實現精準的光熱治療。
PTAs在光熱治療過程中扮演重要的角色，承擔著將光能轉換為熱量的責任，其選擇問題尤為重要。以降低活性氧和熒光量子產率，提高光熱轉換效率為出發點，合理設計開發高效的PTAs。PCE是評估PTAs的關鍵因素。除此之外，理想的PTAs還應具備：1）光熱穩定性：經過激發光照射能夠多次升溫、重復治療，不易發生光降解；2）生物相容性：PTAs在作用后應能被組織及時清除，具有低的毒副作用；3）靶向能力：PTAs良好的靶向能力可以有效的在病灶部位富集實現精準治療。
異靛藍衍生物的非輻射躍遷能力使其適用于作光熱試劑。但目前相應報道較少，并且異靛藍類光熱試劑多以聚合物方式存在，存在合成方式較為復雜，光熱轉換效率普遍較低等問題。
成果展示
本文以異靛藍作為分子中心，在對稱兩端引入甲氧基偶聯的三苯胺基團，合成目標分子。根據分子內運動增強光熱性能，其中異靛藍作為電子受體，降低能量帶隙，增強摩爾消光系數，甲氧基偶聯的三苯胺基團作為電子供體及轉子，增強非輻射躍遷，提高光熱轉換能力，同時N原子上的烷基鏈防止分子堆積，形成D-A-D型分子結構。采用DSPE-PEG2000作為納米殼層，通過納米共沉淀法將分子封裝成納米顆粒，提高生物相容性和靶向能力。通過EPR效應靶向和滯留腫瘤細胞，當PAI顯示納米顆粒富集到最大濃度時，采用對應波長激發光進行照射，納米顆粒將光轉化為熱量，腫瘤部位溫度升高，殺傷腫瘤細胞，最終達到光熱治療的目的。實驗結果顯示，納米顆粒具有高的光熱轉換效率（67%）和優異的光熱穩定性，在四次光熱循環實驗中均未發生降解，并實現光聲成像介導的腫瘤光熱治療，展現出優異的腫瘤抑制效果。
圖文導讀
小分子的吸收在600 nm左右，包裹成納米顆粒后并未發生明顯改變。
體外光熱性能檢測出優異的升溫效果和光熱穩定性，光熱轉換效率為67%。
細胞實驗中，納米顆粒展現出優異的細胞殺傷能力。
活體抑瘤實驗中，通過光聲成像判斷納米顆粒通過EPR效應富集腫瘤濃度最大時間后進行治療，展現出顯著的抑瘤效果，并具有良好的生物相容性。
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